KR20180112874A - Apparatus for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system - Google Patents

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마일스 알. 팔머
로드니 존 앨럼
쥬니어 글랜 윌리엄 브라운
제레미 에론 페트베트
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팔머 랩스, 엘엘씨
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Abstract

연소기 장치가 제공되며, 연료 혼합물을 형성하도록 탄소질 연료를 농후화된 산소 및 동작 유체와 혼합하는 혼합 장치를 포함한다. 연소실은 다공성 분출 부재에 의해 적어도 부분적으로 한정되며, 격납 부재에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 상기 연소실은 길이 방향으로 이격되는 유입구 부분과 유출구 부분을 가진다. 상기 연료 혼합물은 연소 생성물을 형성하도록 연소 온도에서 상기 연소실 내에서의 연소를 위하여 상기 유입구 부분에 의해 수용된다. 상기 연소실은 또한 상기 연소 생성물을 상기 유출구 부분을 향하여 길이 방향으로 유도한다. 상기 다공성 분출 부재는, 상기 연소 생성물들과 상기 다공성 분출 부재 사이의 상호 작용을 완충시키기 위하여 상기 연소실을 향해 상기 연소실을 한정하는 그 둘레에 대해 분출 물질을 그를 통해 실질적으로 균일하고 상기 유입구 부분과 상기 유출구 부분 사이에서 길이 방향으로 안내하도록 구성된다. 관련된 시스템들도 제공된다.A combustor arrangement is provided and includes a mixing device for mixing carbonaceous fuel with enriched oxygen and a working fluid to form a fuel mixture. The combustion chamber is at least partially defined by the porous jet member and is at least partially surrounded by the containment member. The combustion chamber has an inlet portion and an outlet portion that are longitudinally spaced apart. The fuel mixture is received by the inlet portion for combustion in the combustion chamber at a combustion temperature to form a combustion product. The combustion chamber also directs the combustion products longitudinally toward the outlet portion. Wherein said porous ejection member is substantially uniformly spaced therefrom with respect to its circumference defining said combustion chamber towards said combustion chamber to buffer the interaction between said combustion products and said porous ejection member, And is configured to guide longitudinally between the outlet portions. Related systems are also provided.

Description

고온 및 고압에서 연료를 연소하는 장치 및 이에 관련된 시스템{APPARATUS FOR COMBUSTING A FUEL AT HIGH PRESSURE AND HIGH TEMPERATURE, AND ASSOCIATED SYSTEM}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus for burning fuel at high temperature and high pressure,

본 발명은 과잉 산소로 산화되거나, 환원시키는 성분들을 함유하고 산소의 함량이 0(zero)인 연소 생성물들을 생성하도록 고압 및 고온에서 산소와 함께 탄소질 연료의 연소를 위한 장치들과 시스템들에 관한 것이다. 특정한 하나의 응용은 과잉의 산소로 산화되거나 환원 성분들을 함유하고 O의 산소 함량을 갖는 연소 생성물들을 생성하도록 고압 및 고온에서 탄소질 연료의 산소와의 연소를 위한 장치들 및 시스템들에 관한 것이다. 특정한 하나의 응용은 연료의 고효율 연소를 생성되는 에너지를 전달하는 동작 유체의 사용을 통한 전기와 같은 에너지의 발전을 위한 것이 될 수 있다. 특히, 이러한 장치들 및 시스템들은 이산화탄소 또는 동작 유체와 같은 흐름을 사용할 수 있다. 다른 측면에 있어서, 상기 장치들 및 시스템들은 수소 및/또는 일산화탄소를 함유하는 가스를 생성하는 데 이용될 수 있다.The present invention relates to devices and systems for the combustion of carbonaceous fuel with oxygen at high and high temperatures to produce combustion products containing oxygen reducing or reducing components and having an oxygen content of zero will be. One particular application relates to devices and systems for combustion of carbonaceous fuels with oxygen at high and high temperatures to produce combustion products that are oxidized to excess oxygen or contain reducing components and have an oxygen content of 0. [ One particular application may be for the generation of energy, such as electricity, through the use of a working fluid that delivers the generated energy to high-efficiency combustion of the fuel. In particular, such devices and systems may use flows such as carbon dioxide or motion fluids. In another aspect, the devices and systems may be used to generate a gas containing hydrogen and / or carbon monoxide.

화석 연료들은 향후 100년 동안 계속적으로 세계의 전력 요구들의 대부분을 제공할 것으로 평가되지만, 비-탄소 동력원들도 개발되었고 배치되었다. 그러나, 화석 연료들 및/또는 적절한 생물질의 연소를 통한 발전을 위하여 알려진 방법들은 늘어나는 에너지 비용과 증가하는 이산화탄소(CO2) 및 다른 배출물들의 생성으로 인하여 문제가 된다. 세계적 온난화는 선진국과 개발도상국들에 의한 증가된 탄소 배출의 잠재적으로 재앙적인 결과로서 점점 더 증가하고 있는 것으로 보인다. 태양력 및 풍력은 가까운 시기에 활석 연료 연소를 대체할 수 있을 것으로 보이지는 않으며, 원자력은 확산과 핵폐기물 처리 모두와 관련된 위험성들을 가지고 있다.While fossil fuels are expected to continue to provide the bulk of the world's electricity needs over the next 100 years, non-carbon power sources have also been developed and deployed. However, known methods for generation through fossil fuels and / or the combustion of suitable biomass are problematic due to the increased energy costs and the production of increasing emissions of carbon dioxide (CO 2 ) and other emissions. Global warming appears to be increasing as a potentially disastrous consequence of increased carbon emissions by developed and developing countries. Solar power and wind power are not likely to replace talc fuel combustion in the near term, and nuclear power has risks associated with both diffusion and nuclear waste disposal.

화석 연료들이나 적절한 생물질로부터의 발전을 위한 종래의 장치들은 이제 지중 저장소들로의 배송을 위하여 고압에서의 CO2 포집을 위한 요구에 대한 부담이 점점 더 증가하고 있다. 그러나, 이러한 요구는 현재의 기술이 CO2 포집을 위한 최상의 설계라 할지라도 매우 낮은 열적 효율들을 위해서만 제공되기 때문에 수행되기 어려운 것으로 판명되고 있다. 더욱이, CO2 포집을 구현하기 위한 자본 비용이 높으며, 이에 따라 CO2를 대기 중으로 배출하는 시스템들에 비하여 상당히 높은 전기 비용이 야기된다. 따라서, 해당 기술 분야에서 CO2 배출의 감소 및/또는 생성된 CO2의 포집과 저장의 개선된 용이성을 가지는 고효율의 발전을 위한 장치들과 방법들에 대한 필요가 여전히 증가하고 있다.Conventional devices for generation from fossil fuels or from suitable biomass are now increasingly burdened with the demand for CO 2 capture at high pressure for delivery to underground reservoirs. However, this requirement has proven difficult to perform because current technology is only provided for very low thermal efficiencies, even though it is the best design for CO 2 capture. Moreover, the capital cost to implement CO 2 capture is high, resulting in significantly higher electrical costs than systems that discharge CO 2 to the atmosphere. Accordingly, there is a continuing need in the art for devices and methods for high efficiency generation with reduced CO 2 emissions and / or improved ease of collection and storage of the generated CO 2 .

탄소질 연료들의 순산소 연소(oxy-fuel combustion)는 공기로부터의 실질적으로 순수한 산소의 분리(또는 그렇지 않으면 상기 연소 공정 내에서 사용을 위해 이러한 실질적으로 순수한 산소를 제공하는)와 실질적으로 질소가 없고 이산화탄소와 물들 포함하는 연소 생성물들을 생성하는 연소 매체로서 산소를 사용하는 점을 수반한다. 현재 기술에 따른 공기 및 순산소 연소는 연소기 벽들 및/또는 터빈 날들과 같은 다른 시스템 구성 요소들에 대한 과도한 온도 손상을 방지하도록 제한된 온도와 압력에서 진행된다. 상기 동작 온도 및/또는 압력의 제한은, 일부 예들에 있어서, 상기 연소 공정을 원하지 않게 길어지게 하거나 및/또는 상대적으로 큰 연소 체적을 요구할 수 있다. 또한, 상기 연소 공정, 상기 연소 설계 및/또는 하향 배출 가스를 처리하는 장비들도 바람직하지 않게 상기 공정을 위해 활용되는 연료의 유향에 의존하게 된다. 더욱이, 현재의 기술에서 종래의 보일러 시스템에 적용되는 연소 기체들의 큰 부피들 및 이러한 기체들의 대기로의 배출로 인하여, 배출 굴뚝의 기체들로부터 오염물들을 제거하는 현재의 방법들과 제안된 순산소 연소시스템들은 공장의 세부적인 설계와 상기 공장 내에 적재되는 연료의 정확한 형태에 크게 의존한다. 각각의 연료 형태는 대조적인 화학적 조성과 오염물들의 양을 가진다. 이에 따라, 현재의 기술은 바람직하지 않게 특정한 화학적 조성을 갖는 특정한 형태의 연료를 수용하도록 특별하게 고객에 따라 설계된 상기 배출 가스 스크러버(scrubber) 시스템들이나 각 공장을 위한 순산소 연소 변형들을 요구한다.The oxy-fuel combustion of the carbonaceous fuels is achieved by the separation of substantially pure oxygen from the air (or otherwise providing such substantially pure oxygen for use in the combustion process) and substantially no nitrogen Involves the use of oxygen as the combustion medium to produce combustion products including carbon dioxide and water. Air and oxyfuel combustion according to the state of the art proceeds at a limited temperature and pressure to prevent excessive temperature damage to other system components such as combustor walls and / or turbine blades. The limitation of the operating temperature and / or pressure may, in some instances, undesirably increase the combustion process and / or require a relatively large combustion volume. In addition, equipment for treating the combustion process, the combustion design and / or the down-stream gas is also undesirably dependent on the propensity of the fuel utilized for the process. Moreover, due to the large volumes of combustion gases applied to conventional boiler systems in the state of the art and the release of these gases into the atmosphere, there are a number of current methods of removing contaminants from the gases of the discharge chimney, The systems are highly dependent on the detailed design of the plant and on the exact form of the fuel loaded in the plant. Each fuel type has a contrasting chemical composition and the amount of contaminants. Accordingly, current technology requires oxy-fuel combustion transformations for these exhaust gas scrubber systems or for each plant, which are designed specifically for the customer to receive a particular type of fuel with undesirable specific chemical composition.

일예로서, 석탄을 위한 현재의 기술은 일반적으로 높은 압력의 증기가 발생되고 분리된 과열 구획에서 과열되는 수직 튜브형의 벽들 또는 나선형으로 구성된 튜브형의 벽들을 갖는 매우 큰 규모의 단일 연소기를 이용한다. 상기 대규모의 연소기는 상당한 열 손실을 겪을 수 있고, 일반적으로 손상을 입게 될 뿐만 아니라 사용되는 특정한 석탄에 따라 연소 가스들 내에서 버너들, 석탄 재(coal ash), 슬래그 및 SOX, HCl, NOX 등과 같은 부식성 성분들로 인한 방사 및 대류 열전달 표면들과 다른 구성 요소들의 악취를 발생시킨다. 이러한 예시적인 결점들은 손상되거나 부식된 부품들을 및/또는 다른 구성 요소들을 주기적인 간격들로 수리하거나 교체하기 위해 전체 플랜트가 정지되고, 이에 따라 상기 플랜트의 낮은 효용성과 정지 시간들 동안 상기 플랜트의 손실된 산출량을 보상하는 데 바람직하지 않은 어려움들을 야기할 수 있는 문제들을 가져올 수 있다.As an example, the current technology for coal utilizes a very large single combustor with vertical tubular walls or spiral tubular walls, where high pressure steam is generated and overheated in a separate superheat zone. Combustor of the scale may suffer significant heat loss, the inside of the combustion gas in accordance with the particular coal generally used not only damaged the burner, coal ash (coal ash), slag, and SO X, HCl, NO X and the like due to the presence of corrosive components. These exemplary drawbacks are that the entire plant is shut down to repair or replace damaged or corroded parts and / or other components at periodic intervals, thereby reducing the utility of the plant and the loss of the plant Can lead to problems that can cause undesirable difficulties in compensating for lost output.

상술한 바와 다른 필요성들은 본 발명의 측면들에 의해 다루어지며, 그 특정한 일 측면에 따르면, 연료 혼합물을 형성하기 위해 탄소질 연료를 농후화된 산소 및 동작 유체와 혼합하도록 구성되는 혼합 장치를 포함하는 연소기 장치와 같은 장치가 제공된다.Other needs from the foregoing are addressed by aspects of the present invention, and in accordance with a particular aspect thereof, there is provided a fuel cell system comprising a mixing device configured to mix a carbonaceous fuel with enriched oxygen and a working fluid to form a fuel mixture A device such as a combustor device is provided.

상기 연소기 장치는 대향하는 유출구 부분으로부터 길이 방향으로 이격되는 유입구 부분을 갖는 연소실을 한정하며, 상기 유입구 부분은 연소 생성물을 형성하도록 연소 온도에서 상기 연소실 내에서의 연소를 위하여 상기 연료 혼합물을 수용하도록 구성된다. 상기 연소실은 또한 상기 유출구 부분을 향해 길이 방향으로 상기 연소 생성물을 안내하도록 구성된다. 상기 연소기 장치는 격납 부재(pressure containment member)와 상기 연소실을 적어도 부분적으로 한정하고 상기 격납 부재에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 다공성 주위 분출 부재(porous perimetric transpiration member)를 포함한다. 상기 다공성 분출 부재는 상기 연소실을 향해 그를 통해 분출 물질을 실질적으로 균일하게 안내하도록 구성되어, 상기 분출 물질은 상기 연소 생성물과 상기 다공성 분출 부재 사이의 상호 작용을 완충시키기 위해 그 둘레에 대해 나선형으로 및 상기 유입구 부분과 상기 유출구 부분 사이에서 길이 방향으로 흐르도록 안내된다. 일부 예들에 있어서, 상기 분출 물질의 흐름은 상기 다공성 분출 부재에 의해 그 둘레에 대해 실질적으로 균일한 방식으로 및 상기 유입구 부분과 상기 유출구 부분 사이에서 길이 방향으로 상기 연소실 내로 안내될 수 있으므로, 상기 분출 물질이 상기 다공성 분출 부재의 둘레에 대해 실질적으로 접선 방향으로 및 이에 대해 나선형으로 흐르도록 안내된다. 또한, 상기 분출 부재는 상기 연소 생성물의 원하는 유출구 온도를 구현하도록 상기 연소실 내로 도입될 수 있다. 변환 장치(transformation apparatus)는 상기 연소 생성물들 수용하도록 구성될 수 있으며, 상기 변환 장치는 상기 연소 생성물에 반응하여 이에 관련된 열에너지를 운동 에너지로 변환한다.The combustor arrangement defining a combustion chamber having an inlet portion that is longitudinally spaced from an opposing outlet portion and wherein the inlet portion is configured to receive the fuel mixture for combustion in the combustion chamber at a combustion temperature to form a combustion product do. The combustion chamber is also configured to guide the combustion product longitudinally toward the outlet portion. The combustor arrangement includes a pressure containment member and a porous perimetric transpiration member at least partially defining the combustion chamber and at least partially surrounded by the containment member. Wherein the porous ejection member is configured to substantially uniformly guide the ejected material through the porous ejection member toward the combustion chamber such that the ejected material is spirally wound about the periphery thereof to buffer the interaction between the combustion product and the porous ejection member, And is guided to flow in the longitudinal direction between the inlet portion and the outlet portion. In some embodiments, the flow of the jetted material may be guided into the combustion chamber in a substantially uniform manner about its circumference by the porous jetting member and longitudinally between the inlet portion and the outlet portion, The material is guided to flow substantially tangentially and spirally relative to the periphery of the porous jet member. The injection member may also be introduced into the combustion chamber to achieve a desired outlet temperature of the combustion product. A transformation apparatus may be configured to receive the combustion products, which convert the thermal energy associated therewith into kinetic energy in response to the combustion product.

다른 측면에 있어서, 탄소질 연료들의 순산소 연소(oxy-fuel combustion)(및/또는 탄화수소질 연료들)는 또한 공기로부터 실질적으로 순수한 산소의 분리(또는 그렇지 않으면 이러한 실질적으로 순수한 산소를 제공하는)와 실질적으로 질소가 없으며 이산화탄소 및 물을 포함하는 연소 생성물들을 생성하는 연소 공정에서의 이의 사용을 수반할 수 있다. 상기 이산화탄소-리치(rich) 연소 생성물(냉각 및 물 응축이 후속하는)은 이후에 개선된 오일 회수 또는 개선된 천연 가스 생산 혹은 적절한 지리학적 지중 격리 장소(압축과 정제가 후속하는) 내의 폐기와 같은 추후의 상업적인 사용을 위해 사용 가능할 수 있다. 고압에서의 순산소 연소 발전 시스템의 동작은 또한 상기 연료로부터 파생된 이산화탄소가 고압에서 생성되게 할 수 있으며, 상기 이산화탄소를 가압하는 필요성을 감소시키거나 제거하여 전력 절감을 가져온다. 또한, 고압 동작은 CO2 또는 증가와 같은 적절한 가열된 동작 유체와 혼합될 때에 정제된 연소 생성물들이 전력 사이클에 직접 사용될 수 있게 할 수 있다. 고압에서의 상기 전력 시스템의 동작은 또한 상기 전력 사이클 내의 감소된 체적의 유체 유량들을 유도할 수 있고, 작은 장비와 낮은 자본 비용을 가져온다. 온도 제어를 위한 설비들을 갖는 상기 고압 순산소 연소기는 다른 중요한 측면이다. 상기 연소실/공간의 분출 냉각되고 보호된 벽을 통한 연소 생성물 가스 또는 이산화탄소 혹은 액체상의 물이나 증기와 같은 적절한 유체의 순환(재활용 흐름으로부터와 같은)은 또한 상기 연소 온도의 조절에 기여할 수 있다. 상기 연소실 벽들을 통한 상기 분출 분질의 흐름은 또한 열 또는 재(ash) 혹은 액상의 슬래그(slag) 침범 효과들로 인한 상기 연소실 벽들의 손상 및/또는 손상의 증가를 제거하는 데 기여할 수 있다. 따라서, 현재의 기술에 비해 상당하게 보다 높은 효율들과 보다 낮은 자본 비용으로 동작할 수 있는 전력 시스템의 일부로서 다양한 요구 사항들을 만족시키도록 다양한 기체상, 액체상 또는 고체상의 연료들 혹은 연료 혼합물들을 연소시키도록 조절된 효율적인 고압, 고온 연소기가 제공된다. 일부 예들에 있어서, 상기 연소기는 전력 생성 보다는 후속하는 요구들에 사용 가능하게 만들어진 수소와 일산화탄소를 포함하는 연소 생성물을 생성하도록 동작할 수 있다.In another aspect, the oxy-fuel combustion of the carbonaceous fuels (and / or the hydrocarbonaceous fuels) may also include the separation of substantially pure oxygen from the air (or otherwise providing such substantially pure oxygen) And the use thereof in a combustion process that produces combustion products that are substantially nitrogen free and include carbon dioxide and water. The above carbon dioxide-rich combustion products (followed by cooling and water condensation) can then be used for improved oil recovery or improved natural gas production or for disposal in suitable geological underground isolation sites (following compression and purification) And may be used for future commercial use. Operation of the oxy-fuel combustion power system at high pressure can also cause carbon dioxide derived from the fuel to be produced at high pressure, which reduces or eliminates the need to pressurize the carbon dioxide, resulting in power savings. In addition, the high pressure operation can enable refined combustion products to be used directly in the power cycle when mixed with a suitable heated operating fluid such as CO 2 or increase. Operation of the power system at high pressure can also lead to fluid volumes of reduced volume within the power cycle, resulting in small equipment and low capital costs. The high-pressure oxy-fuel combustor with facilities for temperature control is another important aspect. Circulation (such as from a recycle stream) of suitable fluids such as combustion product gas or carbon dioxide or liquid water or vapor through the spout cooled and protected walls of the combustion chamber / space may also contribute to the regulation of the combustion temperature. The flow of the effluent stream through the combustion chamber walls may also contribute to the elimination of increased damage and / or damage to the combustion chamber walls due to thermal or ash or liquid slag intrusion effects. Thus, as part of a power system that can operate at significantly higher efficiencies and lower capital costs than current technology, it is possible to burn various types of fuels or fuel mixtures on a gas, liquid or solid basis to satisfy various requirements An efficient high-pressure, high-temperature combustor is provided. In some instances, the combustor is operable to generate a combustion product comprising hydrogen and carbon monoxide made available to subsequent needs rather than power generation.

또 다른 측면에 있어서, 본 발명은, 예를 들면, 발전에 있어서, 동작 유체로서 CO2 및/또는 H2O를 사용하는 전력 사이클과 결합되는 사용을 위한 고압, 고온 및 고효율의 분출하는 유체를 보호하는 순산소 연소기와 관련된 방법들 및 장치들을 제공한다. 이러한 응용에 있어서, 상기 연소기가 산화 모드로 동작할 수 있음에 따라, 상기 연소 생성물들이 이에 따라 약 500ppm 내지 약 3% 몰 사이의 범위의 산소 농도 및 약 50ppm, 바람직하게는 약 100ppm 몰 보다 낮은 일산화탄소 농도를 가진다. 다른 측면에 있어서, 상기 연소기가 환원 모드로 동작할 수 있음에 따라, 상기 연소 생성물들은 이에 따라 거의 0의 산소 농도를 가지며, 상기 연소 생성물들이 CO 및 H2의 농도를 가진다. 상기 환원 모드에서의 동작은 H2 및 CO의 생성을 최대화하고, O2의 소모를 최소화하도록 구성될 수 있다. 상기 동작의 환원 모드는 전력 생산을 위해서 뿐만 아니라 H2 또는 H2+CO 합성 가스의 생성을 위해서도 유리할 수 있다. 특정한 측면들에 있어서, 상기 동작 압력은 약 40bar 내지 약 500bar 사이의 범위 및 바람직하게는 적어도 80bar가 될 수 있으며, 상기 연소 생성물 온도는 대체로 약 400℃ 내지 약 3500℃ 사이의 범위가 될 수 있다. In another aspect, the present invention provides a high-pressure, high-temperature, and high-efficacious jetting fluid for use in power generation combined with a power cycle using, for example, CO 2 and / or H 2 O as a working fluid Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > In this application, as the combustor can operate in the oxidation mode, the combustion products are thus reduced to an oxygen concentration in the range of between about 500 ppm to about 3% mole and less than about 50 ppm, preferably less than about 100 ppm moles of carbon monoxide Concentration. In another aspect, as the combustor can operate in a reducing mode, the combustion products thus have an oxygen concentration of approximately zero, and the combustion products have CO and H 2 concentrations. The operation in the reduction mode can be configured to maximize the production of H 2 and CO and to minimize the consumption of O 2 . The reduction mode of operation may be advantageous not only for power generation but also for the production of H 2 or H 2 + CO syngas. In certain aspects, the operating pressure may range between about 40 bar to about 500 bar and preferably at least 80 bar, and the combustion product temperature may range generally between about 400 ° C and about 3500 ° C.

발전을 수반하는 측면들에 있어서, 동작 유체의 일부는 연소를 위하여 상기 연료 및 산화제(즉, 농후화된 산소)와 함께 상기 연소실 내로 도입되어, 상기 동작 유체와 상기 연소 생성물들을 포함하는 고압 및 고온의 유체 흐름(fluid stream)(연소 생성물)이 생성된다. 상기 동작 유체는 상기 연소실의 분출-보호된 벽들을 통해 및/또는 상기 연소실에 대한 추가적인 주입 지점들을 통해 도입될 수 있다. 상기 연소 공정과 분출을 통해 상기 연소 생성물들과의 혼합이 후속하는 상기 동작 유체는 터빈과 같은 발전 장치 내로 직접적으로의 도입을 위하여 적절한 범위(즉, 충분히 낮은)의 온도를 가질 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 연소 생성물에 대한 희석제로서 상기 연소실 내로 도입되는 동작 유체의 전제적인 양은 상기 동작 유입구 온도 상기 전력 터빈의 압력을 위하여 상기 연소실을 떠나는 전체적인 동작 유체 흐름을 위한 출구 온도를 제공하도록 조절될 수 있다. 유리하게는, 상기 유체 흐름은 상기 터빈 내에서의 팽창 동안 상대적으로 고압을 유지할 수 있으므로 상기 터빈에 대한 압력 비율(즉, 상기 터빈의 유출구에서의 압력에 대한 유입구에서의 압력의 비율)은 약 12 보다 작다. 상기 유체 흐름은 또한 상기 유체 흐름의 성분들을 분리하도록 더 처리될 수 있고, 이러한 처리는 열 교환기를 통해 상기 유체 흐름을 통과시키는 과정을 포함할 수 있다. 특히, 팽창된 동작 유체(적어도 상기 유체 흐름으로부터 재활용될 수 있는 부분)는 상기 연소기 내로 동일하게 도입되기 전에 고압의 동작 유체를 가열하도록 동일한 열 교환기를 통과할 수 있다. 어떤 측면들에 있어서, 본 발명은 낮은 자본 비용으로 고효율로 전력을 생산할 수 있고, 또한 산업적인 사용이나 격리를 위해 파이프라인 압력에서 실질적으로 순수한 CO2를 생성할 수 있는 발전 시스템을 위한 고압 순산소 연소기를 제공한다. 상기 CO2도 상기 발전 시스템 내로 재활용될 수 있다.In aspects involving power generation, a portion of the working fluid is introduced into the combustion chamber together with the fuel and oxidant (i.e., enriched oxygen) for combustion to produce a high pressure and high temperature A fluid stream (combustion product) is generated. The working fluid may be introduced through the ejection-protected walls of the combustion chamber and / or through additional injection points for the combustion chamber. The operating fluid following mixing with the combustion products through the combustion process and the ejection may have an appropriate range (i.e., sufficiently low) temperature for introduction directly into the power plant, such as a turbine. In these examples, the total amount of working fluid introduced into the combustion chamber as a diluent for the combustion product is adjusted to provide an outlet temperature for the overall working fluid flow leaving the combustion chamber for the operating inlet temperature, the pressure of the power turbine . Advantageously, the fluid flow can maintain a relatively high pressure during expansion in the turbine, so that the pressure ratio for the turbine (i.e., the ratio of pressure at the inlet to the pressure at the outlet of the turbine) is about 12 Lt; / RTI > The fluid flow may also be further processed to separate components of the fluid flow, which may include passing the fluid flow through a heat exchanger. In particular, the expanded working fluid (at least the portion that can be recycled from the fluid stream) can pass through the same heat exchanger to heat the high-pressure working fluid before it is equally introduced into the combustor. In some aspects, the present invention provides a high pressure pure oxygen source for a power generation system that is capable of producing high efficiency power at low capital costs and producing substantially pure CO 2 at pipeline pressure for industrial use or isolation. Thereby providing a combustor. The CO 2 can also be recycled into the power generation system.

다른 측면들에 있어서, 개시된 연소 시스템들과 방법들은 다양한 연료 공급원들을 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 고효율 연소기는 기체상(예를 들면, 천연 가스 또는 석탄 파생 가스들), 액체상(예를 들면, 탄화수소, 역청) 및/또는 고체상(예를 들면, 석탄, 갈탄, 펫-코크(pet-coke))의 연료들을 사용할 수 있다. 그렇지 않으면 여기서 설명하는 바와 같이, 조류(algae), 생물질(biomass) 또는 임의의 다른 적절한 연소 가능한 유기 물질들과 같은 다른 연료들도 사용될 수 있다.In other aspects, the disclosed combustion systems and methods may be configured to use a variety of fuel sources. For example, a high efficiency combustor in accordance with the present invention can be used in a gas phase (e.g., natural gas or coal derived gases), a liquid phase (e.g., hydrocarbons, bitumen) and / Pet-coke) can be used. Alternatively, other fuels such as algae, biomass or any other suitable combustible organic materials may be used, as described herein.

다른 측면들에 있어서, 본 발명의 방법들과 시스템들은, 파이프라인 압력에서 CO2 포집을 구비하는 전력 시스템과 결합될 때에 상기 결합된 시스템이 CO2의 포집을 제공하지 않는 현재의 석탄-연소 증기 사이클 발전소들의 가장 우수한 효율을 초과할 수 있는 점에서 유용할 수 있다. 이러한 현재의 발전소들은, 예를 들면, 기껏해야 역청 석탄을 사용하여 1.7인치의 수은 응축기 압력으로 약 45%의 효율(L.H.V.)을 제공할 수 있다. 본 시스템의 측면들은, 예를 들면, 200bar의 압력에서 CO2를 전달하면서 이러한 효율을 초과할 수 있다. In another aspect, the methods and systems of the present invention, wherein the coupling system does not provide the absorption of CO 2 in the current coal when the pipeline pressure is combined with a power system having a CO 2 absorption-fired steam Cycle power plants can be useful in that they can exceed the best efficiency. These current power plants can, for example, provide about 45% efficiency (LHV) at 1.7-inch mercury condenser pressures, at best using bituminous coal. Aspects of the system can exceed this efficiency, for example, by delivering CO 2 at a pressure of 200 bar.

또 다른 측면들에 있어서, 본 발명은 유사한 연료를 사용하여 현재의 기술들에 비하여 발전 시스템의 물리적인 크기와 자본 비용을 감소시킬 수 있는 역량을 제공한다. 이에 따라, 본 발명의 방법들과 시스템들은 상당히 감소된 발전 시스템에 관련되는 건설비용에 기여하거나 그렇지 않으면 용이하게 하며, 특정 시스템 조합들의 상대적으로 높은 효율이 전기 또는 에너지 생산의 비용을 감소뿐만 아니라 화석 연료의 감소된 사용을 가져올 수 있다.In yet other aspects, the present invention provides the capability to use similar fuels to reduce the physical size and capital cost of the power generation system compared to current technologies. Accordingly, the methods and systems of the present invention contribute to or otherwise facilitate the construction cost associated with a significantly reduced generation system, and the relatively high efficiency of certain system combinations reduces the cost of electricity or energy production, Resulting in reduced use of fuel.

특정한 일 측면에 있어서, 본 발명은 CO2 및/또는 H2O와 같은 동작 유체의 사용을 포함하는 발전 방법에 관한 것이다. 일부 측면들에 있어서, 상기 방법은 가열되고 압축된 CO2 및/또는 과열된 증기를 연료 연소기로 도입하는 과정을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 CO2 및/또는 증기는 적어도 약 80bar에서 동작하는 연소기 내로 도입될 수 있다. 상기 CO2 및/또는 H2O는 2 또는 그 이상의 분리된 위치들에서 상기 연소기 내로 도입될 수 있다. 상기 CO2 및/또는 H2O의 일부가 O2 및 고체상, 액체상, 기체상 또는 초임계의 연료와 혼합될 수 있으므로, 상기 연소실 내의 연소 온도는 상기 연소기를 위한 원하는 설계 값을 기초로 하여 결정될 수 있다. 상기 가열된 CO2 및/또는 과열된 증기의 나머지는 이후에 이와 직접 혼합됨에 의해 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 원하는 전체적인 출구 유체 흐름 온도를 구현하도록 상기 연소 생성물들을 냉각하게 상기 연소실 내로 도입되며, 이는 상기 발전 시스템에 의해 요구될 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 상기 CO2 및/또는 H2O는 원하는 온도에서 CO2 및/또는 H2O를 포함하는 유체 흐름을 생성하도록 상기 연료의 연소로부터의 연소 가스들, 85% 몰 이상의 순도를 갖는 산소와 같은 산화제와 혼합될 수 있다. 측정한 측면들에 있어서, 상기 출구 유체 흐름 온도는 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 범위에 있을 수 있다. 다른 측면들에 있어서, 상기 출구 유체 흐름은 전력을 발생(즉, 상기 터빈에 부여되는 에너지를 통해 전기를 발생)시키도록 터빈을 가로질러 팽창될 수 있다.In a particular aspect, the invention relates to a power generation method comprising the use of a working fluid such as CO 2 and / or H 2 O. In some aspects, the method may include introducing heated and compressed CO 2 and / or superheated steam into the fuel combustor. Preferably, the CO 2 and / or steam may be introduced into the combustor operating at least about 80 bar. The CO 2 and / or H 2 O may be introduced into the combustor at two or more separate locations. Since some of the CO 2 and / or H 2 O can be mixed with O 2 and solid, liquid, gaseous or supercritical fuels, the combustion temperature in the combustion chamber is determined based on the desired design value for the combustor . The remainder of the heated CO 2 and / or superheated steam is then introduced into the combustion chamber to cool the combustion products to achieve the desired overall outlet fluid flow temperature between about 400 ° C and about 3500 ° C , Which may be required by the power generation system. Under these conditions, the CO 2 and / or H 2 O is the CO 2 and / or the combustion from the combustion of the fuel gas to produce a fluid stream containing H 2 O, more than 85 mole% purity of the desired temperature And may be mixed with an oxidizing agent such as oxygen. In the measured aspects, the outlet fluid flow temperature may be in a range between about 400 [deg.] C and about 3,500 [deg.] C. In other aspects, the outlet fluid flow may be expanded across the turbine to generate electric power (i.e., generate electricity through energy imparted to the turbine).

어떤 측면들에 있어서, 상기 연소기 내로의 도입 이전에 심지어는 보다 높은 온도로 상기 동작 유체를 가열하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 상기 CO2 및/또는 H2O는 상기 연소기 내로의 도입 이전에 적어도 약 200℃ 내지 약 700℃의 온도로 가열될 수 있다. 다른 측면들에 있어서, 상기 CO2 및/또는 H2O는 상기 연소기 내로의 도입 이전에 약 700℃ 내지 약 1,000℃ 사이의 온도로 가열될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 이러한 가열은 열 교환기 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 여기서 개시하는 바와 같이, 동일한 열 교환기가 상기 발전 터빈을 떠나는 상기 유체 흐름을 냉각하는 데 사용될 수도 있다.In some aspects, it may be useful to heat the operating fluid to a higher temperature even prior to introduction into the combustor. For example, the CO 2 and / or H 2 O may be heated to a temperature of at least about 200 ° C to about 700 ° C prior to introduction into the combustor. In other aspects, the CO 2 and / or H 2 O may be heated to a temperature between about 700 ° C. and about 1,000 ° C. prior to introduction into the combustor. In some aspects, such heating may be performed using a heat exchanger apparatus. Also, as disclosed herein, the same heat exchanger may be used to cool the fluid flow leaving the power generation turbine.

이와 유사하게, 상기 연소기는 발전 사이클에서 매우 높은 효율을 구형할 수 있는 동작 유체를 생성하도록 보다 높은 압력에서 유용하게 동작할 수 있다. 예를 들면, 상기 연소기와 상기 동작 유체 CO2 및/또는 H2O의 도입된 부분은 적어도 약 200bar의 압력으로 가압될 수 있다. 다른 측면들에 있어서, 상기 압력은 약 200bar 내지 약 500bar 사이가 될 수 있다. Similarly, the combustor can be usefully operated at higher pressures to produce a working fluid that can simulate very high efficiency in a power generation cycle. For example, the combustor and the introduced portion of the working fluid CO 2 and / or H 2 O may be pressurized to a pressure of at least about 200 bar. In other aspects, the pressure may be between about 200 bar and about 500 bar.

어떤 측면들에 있어서, 상기 연소기 내로 도입된 상기 동작 유체의 부분은 실질적으로 순수한 CO2의 재활용된 흐름이 될 수 있으므로 상기 동작 유체 내의 임의의 물 함량은 상기 연료로부터 유래된다. 물론, 외부의 공급원으로부터의 CO2가 상기 동작 유체로서 사용될 수 있다.In some aspects, the portion of the working fluid introduced into the combustor is substantially it may be a recycled stream of pure CO 2 any water content in the working fluid is derived from the fuel. Of course, CO 2 from an external source can be used as the operating fluid.

상기 연소기로부터 나오는 상기 유체 흐름은 H2O 동작 유체뿐만 아니라 상기 연료 또는 상기 연소 공정으로부터 파생된 연소의 생성물들과 같은 하나 또는 그 이상의 다른 성분들을 포함할 수 있다. 상기 출구 유체 흐름은 H2O, SO2, SO3, NO, NO2, Hg, HCl에 더하여 약 300ppm 내지 약 3% 몰 사이의 범위의 과잉 산소와 같은 성분들을 함유할 수 있다. 다른 측면들에 있어서, 상기 출구 유체 흐름은 적어도 H2 및 CO의 변화되는 비율들을 함유할 수 있고 실질적으로 O인 O2 함량을 가진다.The fluid flow from the combustor may include one or more other components, such as the fuel or the products of combustion derived from the combustion process, as well as the H 2 O working fluid. The outlet fluid stream may contain components such as excess oxygen ranging from about 300 ppm to about 3% moles in addition to H 2 O, SO 2 , SO 3 , NO, NO 2 , Hg, HCl. In other aspects, the outlet fluid stream may contain varying proportions of at least H 2 and CO and has an O 2 content that is substantially 0.

상기 연소기는 상기 연료와 상기 산소 및 상기 동작 유체의 일부가 이를 통해 상기 연소기 내로 도입되는 유입구 노즐 장치를 포함할 수 있고, 여기서 통상적으로 설계 용량의 약 50% 내지 약 100% 사이의 원하는 연료 흐름 범위에 대하여 연소가 시작되고 산화 또는 환원 모드 중에서 하나로 안정한 방식으로 일어난다. 어떤 측면들에 있어서, 상기 동작 압력은 약 150bar 이상이 될 수 있고, 이러한 압력에서 상기 산소가 요구되는 잔열 불꽃 온도를 구현하도록 CO2 및 천연 가스 또는 탄화수소 증류액과 같은 액체와 같은 연료와 함께 단일 상(phase)의 혼합물로서 도입될 수 있다. 이러한 압력에서 상기 CO2가 약 100℃ 보다 낮은 온도에 있다면, 상기 CO2의 밀도는 슬러리를 형성하는 분말화된 석탄의 상당한 비율을 유지하는 데 이용되기에 매우 충분하며, 상기 슬러리는 이후에 요구되는 연소 압력까지 고압 펌프에 의해 펌핑될 수 있고, 상기 연소기 내의 요구되는 단열 불꽃 온도를 구현하기 위하여 CO2 및 산소의 상기 초임계의 혼합물이 첨가되는 혼합 지점까지 파이프 내를 흐를 수 있다. 이미 혼합된 연료, 희석제 CO2 및 산소는 바람직하게는 상기 시스템의 자동-점화 온도 보다 낮은 결합된 온도가 되어야 한다. 상기 CO2 흐름의 온도는 이러한 기준을 충족하도록 조절될 수 있다. 상기 유입구 노즐이 주입기 플레이트 내에 각기 유체의 미세한 제트를 생성하여 신속한 열전달과 연소를 야기하는 홀들의 어레이를 포함할 수 있음에 따라 안정한 연소 지역을 생성한다. 홀 크기들은 직경이 약 0.5㎜ 내지 약 3㎜ 사이의 범위가 될 수 있다.The combustor may include an inlet nozzle device through which the fuel and the oxygen and a portion of the operating fluid are introduced into the combustor, wherein typically a desired fuel flow range between about 50% and about 100% of the design capacity The combustion is initiated and takes place in a stable manner in one of the oxidation or reduction modes. In some aspects, the operating pressure can be at least about 150 bar and at such pressure the oxygen can be combined with a fuel, such as CO 2 and a liquid such as a natural gas or hydrocarbon distillate, Can be introduced as a mixture of phases. If at such a pressure the CO 2 is at a temperature below about 100 ° C, the density of CO 2 is very sufficient to be used to maintain a substantial proportion of the pulverized coal forming the slurry, Pressure combustion pump up to the combustion pressure to which the supercritical mixture of CO 2 and oxygen is added in order to realize the required adiabatic flame temperature in the combustor. The already mixed fuel, diluent CO 2 and oxygen should preferably be at a combined temperature lower than the auto-ignition temperature of the system. The temperature of the CO 2 stream can be adjusted to meet these criteria. The inlet nozzle may contain an array of holes that create a fine jet of fluid in each of the injector plates causing rapid heat transfer and combustion, thereby creating a stable combustion zone. The hole sizes can range in diameter from about 0.5 mm to about 3 mm.

상기 연소실의 벽들은 이를 통해 상기 CO2 및/또는 H2O 희석제 흐름의 제2 부분을 안내하고 흐르게 하는 다공성 물질의 층과 정렬될 수 있다. 이러한 다공성 분출 층을 통한 그리고 선택적으로는 추가적인 설비들을 통한 상기 유체의 흐름은 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 요구되는 전체 출구 유체 흐름 유출구 온도를 구현하도록 구성된다. 이러한 흐름은 또한 분출 부재를 상기 냉각 분출 부재를 형성하는 물질의 최대 허용 가능한 동작 온도 아래의 온도로 냉각하는 데 기여할 수 있다. 상기 CO2 및/또는 H2O 희석제 흐름과 같은 상기 분출 물질은 또한 부식, 악취 또는 그렇지 않으면 상기 벽들의 손상을 일으킬 수 있는 상기 연료 내의 임의의 액체상의 또는 고체상의 재 물질들이나 다른 오염물들의 침입을 방지하는 데 기여할 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 입사되는 방사열이 상기 다공성 분출 부재를 통해 외측으로 방사형으로 전달될 수 있고 이후에 대류 열전달에 의해 상기 다공성 층 구조의 표면들로부터 상기 분출 층을 통해 내측으로 방사형으로 통과하는 상기 유체까지 차단될 수 있도록 합리적인(낮은) 열전도도를 갖는 상기 분출 부재를 위한 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 구성은, 동시에 상기 다공성 분출 부재의 온도를 이를 위해 사용되는 물질의 설계 범위 내로 유지하면서, 상기 분출 부재를 통해 안내되는 상기 희석제 흐름의 후속하는 부분이 약 500℃ 내지 약 1,000℃ 사이의 범위의 온도로 가열되게 할 수 있다. 상기 다공성 분출 부재를 위한 적절한 물질들은, 예를 들면, 다공성 세라믹들, 내화 금속 섬유 매트들(mats), 홀-천공된 실린더형 부분들 및/또는 소결된 금속층들이나 소결된 금속 분말들을 포함할 수 있다. 상기 분출 부재의 제2 기능은, 상기 연소실의 길이 방향을 따르는 평탄한 축 상의 흐름을 증진시키면서, 상기 희석제 흐름의 제2 부분과 상기 연소 생성물 사이의 우수한 혼합을 달성하기 위해 상기 희석제 분출 물질의 실질적으로 평탄한 방사형의 내측뿐만 아니라 상기 연소기를 따라 길이 방향으로의 흐름을 보장하는 것이 될 수 있다. 상기 분출 부재의 제3 기능은 완충을 제공하거나 그렇지 않으면 상기 연소 생성물들 내의 재 또는 다른 오염물들의 고체 및/또는 액체 입자들이 상기 분출 층의 표면에 부딪쳐 막힘이나 다른 손상을 유발하는 것을 차단하기 위하여 방사형으로 내측으로 희석제 유체의 속도를 구현하는 것이다. 이러한 인자는 다만, 예를 들면, 석탄과 같은 잔류하는 불활성 비-가연성 잔류물을 포함하는 연료를 연소시킬 때에 중요한 것이 될 수 있다. 상기 분출 부재를 둘러싸는 상기 연소기 압력 용기의 내측 벽은 또한 상기 연소기 내에서 상기 고온의 제2 희석제 흐름으로부터 절연될 수 있다.The walls of the combustion chamber may be aligned with a layer of porous material through which a second portion of the CO 2 and / or H 2 O diluent flow is directed and flowed. The flow of fluid through this porous spouted bed and optionally through additional equipment is configured to achieve the desired total outlet fluid flow outlet temperature between about 400 [deg.] C and about 3,500 [deg.] C. This flow may also contribute to cooling the ejection member to a temperature below the maximum allowable operating temperature of the material forming the cooling ejection member. The ejected material, such as the CO 2 and / or H 2 O diluent streams, may also cause the ingress of any liquid or solid materials or other contaminants in the fuel that may cause corrosion, odor, or otherwise damage the walls . In these examples, incident radiant heat may be radially transmitted outwardly through the porous ejection member and then radially passing through the ejection layer from the surfaces of the porous layer structure by convective heat transfer, It may be desirable to use a material for the ejection member having a reasonable (low) thermal conductivity so as to be able to be cut off. Such an arrangement is advantageous in that while the subsequent portion of the diluent flow guided through the ejection member is maintained within a range of between about 500 캜 and about 1,000 캜, while simultaneously maintaining the temperature of the porous ejecting member within the design range of the material used for this purpose Lt; / RTI > Suitable materials for the porous jet member may include, for example, porous ceramics, refractory metal fiber mats, hole-perforated cylindrical portions, and / or sintered metal layers or sintered metal powders have. Wherein the second function of the ejection member is to substantially increase the flow of the diluent ejection material to achieve a good mixing between the second portion of the diluent stream and the combustion products while enhancing the flow on the flat axis along the length of the combustion chamber To ensure flow in the longitudinal direction along the combustor as well as the inside of the flat radial form. The third function of the ejection member is to provide a buffer or otherwise prevent the solid and / or liquid particles of the ash or other contaminants in the combustion products from striking the surface of the ejection layer to cause clogging or other damage Lt; RTI ID = 0.0 > fluid. ≪ / RTI > These factors can be important, however, only when burning fuel containing residual inert non-flammable residues such as, for example, coal. The inner wall of the combustor pressure vessel surrounding the ejection member may also be insulated from the hot second diluent stream in the combustor.

불연성 잔류물을 갖는 석탄 또는 다른 연료들이 물 내의 슬러리 또는 바람직하게는, 액체 CO2 내의 슬러리로서 상기 연소기 내로 도입될 수 있다. 상기 슬러리의 액체 부분은 주위 온도 부근 및 상기 전력 사이클의 가장 낮은 압력에서 상기 전력 시스템으로부터 떠난다. 이러한 예들에 있어서, 슬러리 유입구 조건과 기체 유출구 조건 사이의 몰 당 엔탈피(enthalpy)의 차이는 H2O에 대해서는 약 10 kcal/gm-mol이 될 수 있고 CO2에 대해서는 약 2.78 kcal/gm-mol이 될 수 있으며, CO2 슬러리화 유체를 위한 상당히 높은 효율을 제공한다. 약 -30℃ 내지 약 10℃ 사이의 범위의 온도에서 액체 CO2를 생성하는 데 상기 동작 유체로서 CO2를 갖는 고압 전력 사이클에 적은 추가적인 에너지가 요구된다.Coal or other fuels with non-combustible residues can be introduced into the combustor as a slurry in water or, preferably, as a slurry in liquid CO 2 . The liquid portion of the slurry leaves the power system at about ambient temperature and at the lowest pressure of the power cycle. In these examples, the difference in enthalpy per mole between the slurry inlet conditions and the gas outlet conditions can be about 10 kcal / gm-mol for H 2 O and about 2.78 kcal / gm-mol for CO 2 And provides a significantly higher efficiency for CO 2 slurried fluids. Little additional energy is required for a high-pressure power cycle having CO 2 as the working fluid to produce liquid CO 2 at a temperature ranging from about -30 ° C to about 10 ° C.

불연성 잔류물을 생성하는 대체로 석탄과 같은 고체들인 상기 연료들의 연소 온도는, 바람직하게는 약 1,800℃ 내지 약 3,000℃ 사이의 범위이다. 이러한 조건들에 있어서, 상기 재 또는 다른 오염물들은 상기 슬러리 연료 공급 내의 연료 입자들로부터 유래되는 액상의 슬래그 방울들의 형태가 될 것이다. 이들 액상의 슬래그 방울들은 상기 전력 터빈이나 다른 추후의 공정들의 오염을 방지하기 위하여 효율적으로 제거되어야 한다. 제거는, 예를 들면, 사이클론 분리기들(cyclone separators), 충격 분리기들(impingement separators) 또는 환형의 구성으로 정렬된 분류 내화 입상 필터들의 베드들(beds), 혹은 이들의 조합들을 사용하여 이루어질 수 있다. 특정한 측면들에 있어서, 상기 방울들은 일련의 사이클론 분리기들에 의해 고온의 동작 유체로부터 제거될 수 있다. 효율적인 제거를 구현하기 위하여, 연속하는 적어도 2개 및 바람직하게는 3개의 사이클론 분리기들이 바람직하다. 제거 효율은 수많은 인자들에 의해 향상될 수 있다. 예를 들면, 제거 온도가 상기 분리기들로부터 자유롭게 배출되는 액상의 슬래그를 제거하기 위해 슬래그 속도가 충분히 낮은 점을 확보하도록 조절될 수 있다. 상기 연소 온도와 최종적인 출구 유체 흐름 온도 사이의 중간 온도에서 상기 슬래그 제거가 때때로 수행될 필요가 있다. 이러한 경우들에 있어서, 상기 최종적인 출구 유채 흐름 유출구 온도는 재활용되는 동작 유체(상기 분출 물질)의 일부를 상기 슬래그 제거 시스템을 떠나는 상기 유체 흐름과 직접 혼합함에 의해 달성될 수 있다. 상기 사이클론 분리기들의 직경은 바람직하게는 상대적으로 작은(즉, 약 20㎝ 내지 약 50㎝ 사이의 범위의 직경) 반면, 상기 슬래그 방울들의 직경은 우수한 분리 효율을 제공하도록 충분히 커야한다. 이러한 조건들은, 예를 들면, 상기 석탄 연료를 >50 미크론의 입자 직경의 높은 비율을 달성하도록 분쇄함에 의해 구현될 수 있다. 상기 석탄은 바람직하게는 평균 입자 직경이 약 50 미크론 내지 약 100 미크론 정도로 미립자화되며, 이는 상기 출구 유체 흐름 내에 존재하는 10 미크론의 직경 보다 작은 슬래그 입자들의 최종 비율을 가져온다. 일부 예들에 있어서, 상기 사이클론 분리기들은 상기 터빈의 상류에 바로 배치되는 환형의 필터에 후속할 수 있다.The combustion temperatures of these fuels, which are generally solids such as coal, which produce incombustible residues, are preferably in the range between about 1,800 ° C and about 3,000 ° C. In these conditions, the ash or other contaminants will be in the form of liquid slag droplets originating from the fuel particles in the slurry fuel feed. These liquid slag droplets must be efficiently removed to prevent contamination of the power turbine or other subsequent processes. Removal can be accomplished using, for example, cyclone separators, impingement separators, beds of classified refractory granular filters arranged in an annular configuration, or combinations thereof . In certain aspects, the droplets can be removed from the hot working fluid by a series of cyclone separators. In order to realize efficient removal, at least two and preferably three cyclone separators are preferred. The removal efficiency can be improved by a number of factors. For example, the removal temperature can be adjusted to ensure that the slag velocity is sufficiently low to remove liquid slag that is freely discharged from the separators. The slag removal needs to be performed occasionally at an intermediate temperature between the combustion temperature and the final outlet fluid flow temperature. In such cases, the final outlet lacquer outlet temperature can be achieved by directly mixing a portion of the recycled working fluid (the ejected material) with the fluid stream leaving the slag removal system. The diameters of the cyclone separators are preferably relatively small (i.e., diameters ranging between about 20 cm to about 50 cm), while the diameter of the slag droplets should be large enough to provide good separation efficiency. These conditions can be implemented, for example, by pulverizing the coal fuel to achieve a high fraction of the particle diameter of > 50 microns. The coal is preferably microparticulated with an average particle diameter on the order of about 50 microns to about 100 microns, resulting in a final ratio of slag particles smaller than the diameter of 10 microns present in the outlet fluid stream. In some examples, the cyclone separators may follow an annular filter disposed directly upstream of the turbine.

특정한 측면들에 있어서, 상기 시스템 내의 상기 연소 생성물들의 체류 시간은 천연 가스의 경우에는 0.2초 내지 2초의 범위가 될 수 있고 역청 석탄의 경우에는 0.4초 내지 4초의 범위가 될 수 있다.In certain aspects, the residence time of the combustion products in the system can range from 0.2 seconds to 2 seconds for natural gas and from 0.4 seconds to 4 seconds for bituminous coal.

상기 연소기로부터 나오는 상기 유체 흐름은 서로 다른 다양한 특성들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 유체 흐름은 산화 유체를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 유체 흐름은 산화제(예를 들면, O2)의 첨가에 의해 빠르게 산화되는(예를 들면, 연소되는) 하나 또는 그 이상의 성분들을 포함할 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 유체 흐름은 H2, CO, CH4, H2S 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 성분들을 포함하는 환원성 유체가 될 수 있다. 환원 모드에서 상기 시스템의 동작은 H2+CO로 변환되는 연료의 비율이 증가함에 따라 상기 제2의 희석제의 비율이 점진적으로 감소될 것인 점을 제외하면 상기 산화 모드와 대체로 유사하다. 또한, 연소 생성물들을 위한 평균 체류 시간을 H2+CO로의 변환이 증가함에 따라 점차적으로 천연 가스를 위해서는 약 2.5초 내지 약 4.5초 사이의 범위까지이고 역청 석탄을 위해서는 약 6초 내지 약 10초 사이의 범위까지 증가시킬 필요가 있다.The fluid flow from the combustor may exhibit various different characteristics. For example, the fluid flow may comprise an oxidizing fluid. In this way, the fluid stream may comprise an oxidant (e.g., O 2) (e. G. That is, burning) is rapidly oxidized by the addition of one or more components. In some aspects, the fluid flow may be a reducing fluid comprising one or more components selected from the group consisting of H 2 , CO, CH 4 , H 2 S, and combinations thereof. The operation of the system in the reduction mode is substantially similar to the oxidation mode except that the proportion of the second diluent will gradually decrease as the ratio of fuel converted to H 2 + CO increases. Also, the average residence time for the combustion products increases from about 2.5 seconds to about 4.5 seconds for natural gas as the conversion to H 2 + CO increases, and between about 6 seconds to about 10 seconds for bituminous coal It is necessary to increase it to the range.

상술한 측면들 및 다른 측면들은 이에 따라 여기서 설명하는 바와 같이 정해진 필요성들을 다룰 것이고 이점들을 제공할 것이다.The foregoing aspects and other aspects will accordingly address the identified needs and provide advantages as described herein.

이하, 필수적이지는 않지만 일정한 비율로 축소되어 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 일반적인 용어들을 사용하여 설명하며, 첨부 도면들에 있어서,
도 1은 본 발명의 특정 측면들에 따른 분출 냉각 연소기 장치를 개략적으로 예시하는 도면이고,
도 1a는 본 발명의 특정 측면들에 따라서 연소실의 길이를 따른 연소기 온도 프로파일을 개략적으로 예시하는 도면이며,
도 2는 본 발명의 특정한 측면들에 따른 연소기 장치 내의 분출 부재의 벽의 예시적인 단면을 개략적으로 예시하는 도면이고,
도 2a는 본 발명의 특정한 측면들에 따른 연소기 장치 내의 분출 부재의 벽의 예시적인 단면을 그 길이 방향의 축에 대해 직교하게 자르고 분출 유체의 나선형 흐름을 제공하기 위한 구멍/천공 구성을 예시하는 개략적인 도면이며,
도 2b는 본 발명의 특정한 측면들에 따른 연소기 장치 내의 분출 부재의 벽의 예시적인 단면을 개략적으로 예시하고, 분출 유체의 나선형 흐름을 용이하게 하기 위한 각이 진 구멍/천공 구성을 예시하는 도면이고,
도 2c는 본 발명의 특정한 측면들에 따른 연소기 장치 내의 분출 부재의 벽의 예시적인 단면을 개략적으로 예시하고, 분출 유체의 나선형 흐름을 용이하게 하기 위한 분출 부재의 포커싱된 길이 방향의 스트립들을 예시하는 도면이며,
도 2d는 본 발명의 특정 측면들에 따라서 도 2c에 도시한 분출 부재에 대하여 정렬/삽입되도록 구성되는 차폐 구조를 개략적으로 예시하는 도면이고,
도 2e는 본 발명의 특정 측면들에 따라 연소기 장치의 연소실 내의 분출 유체의 나선형 흐름을 개략적으로 예시하는 도면이며,
도 2f는 본 발명의 특정 측면들에 따라 연소기 장치의 연소실 내의 분출 유체의 나선형 흐름을 용이하게 하도록 구현될 수 있는 코안다 효과(Coanda effect)를 개략적으로 예시하는 도면이고,
도 2g는 본 발명의 특정 측면들에 따라 연소기 장치의 연소실 내의 분출 유체의 연속적으로 정렬되고, 대향하는 나선형 흐름들을 개략적으로 예시하는 도면이며,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 특정 측면들에 따라 연소기 장치의 분출 부재 어셈블리를 위한 고온 압입 공정(hot fit process)을 개략적으로 예시하는 도면들이고,
도 4는 본 발명의 특정 측면들에 따라 연소 생성물 오염물 제거 장치를 개략적으로 예시하는 도면이며,
도 5는 본 발명의 특정 측면들에 따라 평균 입자 크기 및 분출 물질 유량들의 함수로서 재(ash) 입자들의 궤적들을 나타내는 개략적인 도표이고,
도 6은 본 발명의 특정 측면들에 따른 적용 가능한 발전 시스템을 개략적으로 예시하는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic illustration of an ejection cooled combustor arrangement according to certain aspects of the present invention,
1A schematically illustrates a combustor temperature profile along the length of a combustion chamber in accordance with certain aspects of the present invention,
Figure 2 schematically illustrates an exemplary cross-section of a wall of a blow member in a combustor device according to certain aspects of the present invention,
2A is a schematic diagram illustrating an exemplary cross-section of a wall of a blow member in a combustor apparatus according to certain aspects of the present invention to cut a cross-section perpendicular to its longitudinal axis and to provide a spiral flow of the blow- FIG.
Figure 2b schematically illustrates an exemplary cross-section of a wall of a blow member in a combustor apparatus according to certain aspects of the present invention and illustrates an angled bore / perforation configuration to facilitate spiral flow of the blown fluid ,
Figure 2c schematically illustrates an exemplary cross-section of a wall of the ejection member in a combustor apparatus according to certain aspects of the present invention and schematically illustrating focused longitudinal strips of the ejection member to facilitate spiral flow of the ejection fluid Fig.
Figure 2D schematically illustrates a shield structure configured to be aligned / inserted with respect to the ejection member shown in Figure 2C in accordance with certain aspects of the present invention,
Figure 2e schematically illustrates a spiral flow of the ejecting fluid in the combustion chamber of a combustor device in accordance with certain aspects of the present invention,
2f is a schematic illustration of a Coanda effect that may be implemented to facilitate spiral flow of ejecting fluid in a combustion chamber of a combustor device in accordance with certain aspects of the present invention,
Figure 2G is a schematic illustration of continuously aligned, opposing helical flows of exuding fluid in a combustion chamber of a combustor device in accordance with certain aspects of the present invention,
Figures 3a and 3b are schematic illustrations of a hot fit process for a firing member assembly of a combustor device in accordance with certain aspects of the present invention,
Figure 4 schematically illustrates an apparatus for removing combustion product contaminants according to certain aspects of the present invention,
Figure 5 is a schematic diagram illustrating the trajectories of ash particles as a function of average particle size and ejection material flow rates in accordance with certain aspects of the present invention,
Figure 6 is a schematic illustration of an applicable power generation system according to certain aspects of the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명하지만, 이들은 일부로서 본 발명의 모든 측면들이 도시된 것은 아니다. 실제로, 본 발명은 많은 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 여기에 개시된 측면들에 한정되는 것으로 이해되는 것은 아니다. 오히려 이러한 측면들은 본 발명이 적용되는 법률적인 요구 사항들을 충족시킬 수 있도록 제공되는 것이다. 도면들에서 동일한 참조 부호들은 구성 요소들을 언급한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, which, however, do not necessarily show all aspects of the invention in part. Indeed, the present invention may be embodied in many different forms and is not intended to be limited to the aspects disclosed herein. Rather, these aspects are provided to meet the legal requirements to which the present invention applies. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.

본 발명에 따라, 고체 연료로 동작할 수 있는 연소기 장치의 일 측면이 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 연소기 장치는 일반적으로 참조 부호 220으로 나타낸다. 이러한 예에 있어서, 상기 연소기 장치(220)는, 여기서 기재하는 바와 같이 비록 다른 적절한 연소 가능한 유기 물질도 연료로서 사용될 수 있지만, 석탄과 같은 미립자의 고체를 연소시켜 연소 생성물을 형성하도록 구성될 수 있다. 상기 연소기 장치(220)는 분출 부재(transpiration member)(230)에 의해 정의될 수 있으며, 이는 분출 유체와 같은 분출 불질은 이를 통해 연소실(222)로 향하도록(즉, 분출 냉각(transpiration cooling)을 용이하게 및/또는 상기 연소 생성물과 상기 분출 부재(230) 사이의 상호 작용을 완충시키도록) 구성된다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 유입구 부분(222A) 및 대향하는 유출구 부분(222B)을 갖는 실질적으로 실린더형 연소실(222)을 정의하기 위하여 상기 분출 부재(230)가 실질적으로 실린더형이 될 수 있는 점을 이해할 수 있을 것이다. 상기 분출 부재(230)는 격납 부재(pressure containment member)(338)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 상기 연소실(222)의 유입구 부분(222A)은 대체로 참조 부호 250으로 나타낸 혼합 장치로부터 연료 혼합물을 수용하도록 구성될 수 있다. 특정 측면들에 따르면, 상기 연료 혼합물은 연소 생성물들 형성하도록 특정한 연소 온도에서 상기 연소실(222) 내에서 연소되며, 상기 연소실(222)은 또한 상기 연소 생성물을 상기 유출구 부분(222B)을 향해 이끌도록 구성된다. 열 제거 장치(350)(예를 들면, 도 2 참조)는 상기 격납 부재(338)와 연관될 수 있으며, 그 온도를 조절하도록 구성될 수 있다. 특정 예들에 있어서, 상기 열 제거 장치(350)는 상기 격납 부재(338)에 대향하는 벽(336)에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 열전달 재킷(heat transfer jacket)을 포함할 수 있으며, 액체가 이들 사이에 한정되는 물-순환 재킷(337) 내를 순환할 수 있다. 일 측면에 있어서, 상기 순환하는 액체는 물이 될 수 있다.In accordance with the present invention, one aspect of a combustor apparatus capable of operating as a solid fuel is schematically illustrated in FIG. 1, wherein the combustor apparatus is generally designated 220. In this example, the combustor device 220 may be configured to combust a solid of particulate matter, such as coal, as described herein, although other suitable combustible organic materials may also be used as fuel . The combustor arrangement 220 may be defined by a transpiration member 230 which may be configured to direct combustion fluid 222 such as ejection fluid therethrough to the combustion chamber 222 And to buffer the interaction between the combustion products and the ejection member 230 easily). Those skilled in the art will recognize that the ejection member 230 is substantially cylindrical in shape to define a substantially cylindrical combustion chamber 222 having an inlet portion 222A and an opposing outlet portion 222B. You can understand what can be done. The ejection member 230 may be at least partially surrounded by a pressure containment member 338. The inlet portion 222A of the combustion chamber 222 may be configured to receive the fuel mixture from a mixing device, According to certain aspects, the fuel mixture is combusted in the combustion chamber 222 at a specific combustion temperature to form combustion products, and the combustion chamber 222 is also directed to direct the combustion product toward the outlet portion 222B . 2) may be associated with the containment member 338 and configured to adjust its temperature. In certain instances, the heat removal apparatus 350 may include a heat transfer jacket at least partially defined by a wall 336 opposite the containment member 338, Circulation jacket 337 limited to the water-circulation jacket 337. [ In one aspect, the circulating liquid can be water.

상기 혼합 장치(250)는 탄소질 연료(254)를 농후화된(enriched) 산소(242) 및 동작 유체(236)와 혼합하여 연료 혼합물(200)을 형성하도록 구성된다. 상기 탄소질 연료(254)는 고체상의 탄소질 연료, 액체상의 탄소질 연료 및/또는 기체상의 탄소질 연료의 형태로 제공될 수 있다. 상기 농후화된 산소(242)는 약 85% 보다 큰 몰 순도를 갖는 산소가 될 수 있다. 상기 농후화된 산소(242)는, 예를 들면, 해당 기술 분야에서 알려진, 예를 들면, 초저온 공기 분리 공정 또는 고온 이온 전도성막 분리 공정(공기로부터)과 같이 적용될 수 있는 임의의 공기 분리 시스템/기술에 의해 제공될 수 있다. 상기 동작 유체(236)는 이산화탄소 및/또는 물이 될 수 있다. 상기 탄소질 연료(254)가 분말화된 석탄(254A)과 같은 미립자의 고체인 예들에 있어서, 상기 혼합 장치(250)는 또한 상기 미립자의 고체 탄소질 연료(254A)를 유동화 물질(255)과 혼합하도록 구성될 수 있다. 일 측면에 따르면, 상기 미립자의 고체 탄소질 연료(254A)는 약 50 미크론 내지 약 200 미크론 사이의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 다른 측면에 따르면, 상기 유동화 물질(255)은 물 및/또는 약 450㎏/m3 내지 약 1,100㎏/m3 사이의 밀도를 갖는 액체 CO2를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 유동화 물질(255)은 상기 미립자의 고체 탄소질 연료(254A)와 협력하여, 예를 들면, 상기 미립자의 고체 탄소질 연료(254A)의 약 25 중량% 내지 약 95 중량% 사이 범위를 갖는 슬러리(250A)를 형성하거나, 다른 예들에 있어서, 상기 미립자의 고체 탄소질 연료(254A)의 약 25 중량% 내지 약 60 중량% 사이의 범위를 갖는 슬러리(250A)를 형성할 수 있다. 비록 산소(242)가 상기 연소실(222)로 도입 이전에 상기 연료(254) 및 동작 유체(236)와 혼합되는 것으로 도 2에 도시되지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 일부 예들에 있어서, 상기 산소(242)가 필요한 경우나 원하는 바에 따라 별도로 상기 연소실(22) 내로 도입될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.The mixing device 250 is configured to mix the carbonaceous fuel 254 with the enriched oxygen 242 and the working fluid 236 to form the fuel mixture 200. The carbonaceous fuel 254 may be provided in the form of a solid carbonaceous fuel, a liquid carbonaceous fuel, and / or a gaseous carbonaceous fuel. The enriched oxygen 242 may be oxygen having a molarity greater than about 85%. The enriched oxygen 242 may be introduced into any of the air separation systems / systems known in the art such as, for example, a cryogenic air separation process or a high temperature ion conducting membrane separation process (from air) Technology. ≪ / RTI > The working fluid 236 may be carbon dioxide and / or water. In the examples in which the carbonaceous fuel 254 is a solid of particulate matter such as powdered coal 254A, the mixing apparatus 250 may further include the solid carbonaceous fuel 254A as the fluidizing material 255 . According to one aspect, the particulate solid carbonaceous fuel 254A may have an average particle size between about 50 microns and about 200 microns. According to another aspect, the fluidized material 255 may comprise a liquid CO 2 having a density between the water and / or about 450㎏ / m 3 to about 1,100㎏ / m 3. More specifically, the fluidizing material 255 may be present in association with the particulate solid carbonaceous fuel 254A, for example, from about 25% to about 95% by weight of the particulate solid carbonaceous fuel 254A, To form a slurry 250A having a range between about 25% and about 60% by weight of the particulate solid carbonaceous fuel 254A have. Although shown in FIG. 2 as being mixed with the fuel 254 and the working fluid 236 prior to introduction of the oxygen 242 into the combustion chamber 222, those skilled in the art will recognize that, It will be appreciated that the oxygen 242 may be introduced into the combustion chamber 22 as needed or separately as desired.

상기 혼합 장치(250)는, 일부 측면들에 있어서, 예를 들면, 상기 실린더형 연소실(222)의 유입구 부분(222A)에 연관된 상기 분출 부재(230)의 단부 벽(223)에 대해 정렬된 이격된 분사 노즐들(도시되지 않음)의 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로의 상기 연소실(222) 내의 상기 연료/연료 혼합물의 분사는, 예를 들면, 방사에 의해 상기 주입된 연료 혼합물 유입 흐름에 대한 신속한 열전달을 용이하게 하는 상기 분사된 연료 혼합물 유입 흐름의 큰 표면적을 제공할 수 있다. 상기 분사된 연료 혼합물의 온도는 이에 따라 상기 연료(즉, 상기 석탄 입자들)의 점화 온도로 빠르게 상승될 수 있으며, 이에 따라 조밀한 연소를 가져올 수 있다. 상기 연료 혼합물의 분사 속도는, 비록 이러한 값들이 특정한 분사 노즐들의 구성과 같은 많은 인자들에 의해 좌우되지만, 예를 들면, 약 10m/sec 내지 약 40m/sec 사이의 범위가 될 수 있다. 이러한 분출 배치는 많은 다른 형태들을 취할 수 있다. 예를 들면, 상기 분출 배치는, 예를 들면, 약 0.5㎜ 내지 약 3㎜의 직경 범위의 홀들의 어레이들을 포함할 수 있으며, 상기 분사된 연료는 이들을 통해 약 10m/s 내지 약 40m/s 정도의 속도로 분출될 수 있다.The mixing device 250 may be arranged on at least some of the sides so as to be spaced apart relative to the end wall 223 of the ejection member 230 associated with the inlet portion 222A of the cylindrical combustion chamber 222, (Not shown). ≪ / RTI > The injection of the fuel / fuel mixture in the combustion chamber 222 in this manner may be accomplished, for example, by injecting a large amount of the injected fuel mixture inflow stream that facilitates rapid heat transfer to the injected fuel mixture inflow stream Surface area can be provided. The temperature of the injected fuel mixture can thus rapidly rise to the ignition temperature of the fuel (i.e., the coal particles), thereby resulting in dense combustion. The jetting rate of the fuel mixture may range, for example, from about 10 m / sec to about 40 m / sec, although such values depend on many factors such as the composition of the particular jetting nozzles. Such an ejection arrangement can take many different forms. For example, the ejection arrangement may comprise, for example, arrays of holes in the diameter range of about 0.5 mm to about 3 mm, the injected fuel passing therethrough from about 10 m / s to about 40 m / s Lt; / RTI >

대체로 직선, 선형 및/또는 방해받지 않는 통로들을 통해 직접 상기 연소실(222) 내로의 이러한 상기 연료/연료 혼합물의 "직접 분출(direct injection)"은 특히 상기 연료가 고상의 성분(즉, 부분 산화(POX) 연소기 내의 석탄 슬러리)을 포함하는 경우들에 있어서, 예를 들면, 마모, 부식 및/또는 미립자 축적을 감소시킬 수 있다. 일부 예들에 있어서, 그렇지만 상기 연료/연료 혼합물을 위해 상기 연소실(222) 내부에서만은 직선형의 균일한 흐름으로부터 벗어나는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 일부 측면들에 있어서, 예를 들면, 상기 연료/연료 혼합물의 혼합을 증진시키고 이에 따라 보다 효율적인 연소 공정이 일어나도록 소용돌이치거나 그렇지 않으면 상기 직선의 균일한 흐름으로부터 방해받는 상기 연료/연료 혼합물을 발생시키는 것이 유리할 수 있다. Direct injection " of such fuel / fuel mixture into the combustion chamber 222 directly through generally linear, linear and / or unobstructed passageways is particularly important when the fuel is a solid phase component (i.e., POX) combustors), for example, can reduce wear, corrosion and / or particulate buildup. In some instances, however, it may be advantageous for the fuel / fuel mixture to deviate from a linear, uniform flow only within the combustion chamber 222. For example, in some aspects, for example, the fuel / fuel mixture may be swirled or otherwise disturbed from the uniform flow of the straight line to enhance mixing of the fuel / fuel mixture and thus a more efficient combustion process, It may be advantageous to generate a fuel mixture.

다른 측면들에 있어서, 상기 혼합 장치(250)는 상기 연소실(222)에 대하여 멀리 떨어지거나 그렇지 않으면 분리될 수 있다. 예를 들면, 일부 측면들에 있어서, 상기 혼합 장치(250)는 상기 연료 혼합물(200)을 상기 격납 부재(338) 및 상기 분출 부재(230)를 통해 상기 연소실(222) 내로 연장되는 버너(burner) 장치(300)로 향하게 하도록 구성될 수 있다. 상기 버너 장치(300)는 상기 연료/연료 혼합물을 "직접 사출(direct injection)" 장치와 유사하게 직선의 실질적으로 균일한 흐름으로 상기 연소실(222) 내로 도입하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 버너 장치(300)는 상기 혼합 장치(250)로부터 상기 연료/연료 혼합물을 수용하고, 상기 연료/연료 혼합물의 실질적으로 균일한 선형의 흐름을 상기 연소기(222)의 유입구 부분(222A) 내로 향하게 하도록 구성될 수 있다. 그러나, 일부 예들(즉, 고상의 미립자들을 포함하지 않는 연료를 사용하는)에 있어서, 상기 버너 장치(300)는, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 연료/연료 혼합물이 소용돌이치나 상기 연소실(222) 내로 향하면서 소용돌이가 일어나는 것을 유도하거나 발생시키기 위한 적절한 장비들을 포함할 수 있다. 즉, 상기 버너 장치(300)는 상기 연소실(222) 내로 상기 연료/연료 혼합물이 도임됨에 따라 상기 연료/연료 혼합물의 직선의 균일한 흐름을 소용돌이치게 하거나 그렇지 않으면 방해하도록 구성될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 버너 장치(300)는 상기 혼합 장치(250)로부터 상기 연료/연료 혼합물을 수용하고, 상기 연소실(222) 내로 향하는 상기 연료/연료 혼합물의 소용돌이를 유도하면서 상기 연소실(222)의 유입구 부분(222A) 내로 상기 연료/연료 혼합물을 향하게 하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 버너 장치(300)는 상기 연소실(222) 내로의 상기 연료/연료 혼합물로부터의 출구 상에서 상기 연료/연료 혼합물의 소용돌이를 유도하도록 구성될 수 있다.In other aspects, the mixing device 250 may be remote or otherwise separated from the combustion chamber 222. For example, in some aspects, the mixing device 250 is configured to inject the fuel mixture 200 into the combustion chamber 222 through the containment member 338 and the ejection member 230, To the device 300, as shown in FIG. The burner device 300 may be configured to introduce the fuel / fuel mixture into the combustion chamber 222 in a substantially straight, straight flow similar to a " direct injection " device. That is, the burner device 300 receives the fuel / fuel mixture from the mixing device 250 and directs a substantially uniform linear flow of the fuel / fuel mixture to the inlet portion 222A of the combustor 222, Lt; / RTI > However, in some instances (i. E., Using fuel that does not include solid particulate), the burner apparatus 300 may be configured such that, as is well understood by those skilled in the art, / Fuel mixture may swirl or be directed into the combustion chamber 222 to induce or generate swirling. That is, the burner device 300 may be configured to swirl or otherwise disturb the uniform flow of the straight line of the fuel / fuel mixture as the fuel / fuel mixture enters the combustion chamber 222. In some aspects, the burner device 300 is configured to receive the fuel / fuel mixture from the mixing device 250 and to induce a swirling of the fuel / fuel mixture into the combustion chamber 222, Fuel mixture into the inlet portion 222A of the fuel / fuel mixture. More specifically, the burner apparatus 300 may be configured to induce a swirling of the fuel / fuel mixture on the outlet from the fuel / fuel mixture into the combustion chamber 222.

도 2에 보다 상세하게 도시한 바와 같이, 상기 연소실(222)은 상기 분출 부재(230)에 의해 한정되며, 이는 격납 부재(338)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 일부 예들에 있어서, 상기 격납 부재(338)는 또한 열전달 재킷(336)에 의해 부분적으로 둘러싸일 수 있고, 상기 열전달 재킷(336)은 격납 부재(338)와 협력하여 저압의 물 흐름이 순환할 수 있는 하나 또는 그 이상의 채널들(337)을 이들 사이에 정의할 수 있다. 증발 메커니즘을 통해, 상기 순환하는 물은 이에 따라 사기 격납 부재(338)의 선택된 온도, 예를 들면, 약 100℃ 내지 약 250℃ 범위를 조절 및/또는 유지하는 데 사용될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 절연층(339)이 상기 분출 부재(230)와 상기 격납 부재(338) 사이에 배치될 수 있다.As shown in more detail in FIG. 2, the combustion chamber 222 is defined by the ejection member 230, which may be at least partially surrounded by the containment member 338. In some instances, the containment member 338 may also be partially enclosed by a heat transfer jacket 336, which cooperates with the containment member 338 to allow the low pressure water flow to circulate One or more channels 337 may be defined therebetween. Through the evaporation mechanism, the circulating water can thus be used to regulate and / or maintain the selected temperature of the fragrance containment member 338, for example, in the range of about 100 ° C to about 250 ° C. In some aspects, an insulating layer 339 may be disposed between the ejection member 230 and the containment member 338.

일부 예들에 있어서, 상기 분출 부재(230)는, 예를 들면, 외측 분출 부재(331)와 내측 분출 부재(332)를 포함할 수 있고, 상기 내측 분출 부재(332)는 상기 격납 부재(338)로부터 상기 외측 분출 부재(331)에 대향하여 배치되고, 상기 연소실(222)을 정의한다. 상기 외측 분출 부재(331)는, 예를 들면, 스테인리스 스틸 및 니켈 합금을 포함하여 스틸 또는 스틸 합금과 같은 임의의 적절한 고온-저항 물질로 구성될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 상기 외측 분출 부재(331)는 상기 절연층(339)에 인접하는 그 표면으로부터 이를 통해 상기 분출 부재(332)에 인접하는 그 표면까지 연장되는 제1 분출 유체 공급 통로들(333A)을 한정하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 분출 유체 공급 통로들(333A)은, 일부 예들에 있어서, 상기 격납 부재(338), 상기 열전달 재킷(336) 및/또는 상기 절연층(339)에 의해 한정되는 제2 분출 유체 공급 통로들(333B)에 대응될 수 있다. 상기 제1 및 제2 분출 유체 공급 통로들(333A, 333B)은 이에 따라 협력하여 분출 유체(210)와 같은 분출 물질을 이들을 통해 상기 분출 부재(332)로 향하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분출 유체(210)는 상기 동작 유체(236)를 포함할 수 있으며, 이와 관련한 동일한 공급원으로부터 수득될 수 있다. 상기 제1 및 제2 분출 유체 공급 통로들(333A, 333B)은 충분한 공급과 충분한 압력으로 상기 분출 유체(210)(즉, CO2)를 전달하도록 필요한 경우에는 절연될 수 있으므로, 상기 분출 유체(210)가 상기 내측 분출 부재(332)를 통해 상기 연소실(222)로 향하게 된다. 상기 분출 부재(230)와 연관된 분출 유체(210)를 수반하는 이러한 측정들은, 여기서 설명하는 바와 같이, 상기 연소기 장치(220)가 상대적으로 높은 압력들과 그렇지 않으면 여기서 설명하는 바와 같이 상대적으로 높은 온도들에서 동작하게 할 수 있다.In some examples, the ejection member 230 may include, for example, an outer ejection member 331 and an inner ejection member 332, and the inner ejection member 332 may include the inner member 332, And the combustion chamber 222 is defined by the outer spray member 331 and the outer spray member 331. The outer firing member 331 may be comprised of any suitable high temperature-resistant material, such as steel or a steel alloy, including, for example, stainless steel and a nickel alloy. In some examples, the outer fountain member 331 includes first ejection fluid supply passages 333A extending from the surface thereof adjacent to the insulating layer 339 to the surface thereof adjacent to the ejection member 332 ). ≪ / RTI > The first ejection fluid supply passages 333A are formed in the second ejection fluid supply passages 333A defined by the containing member 338, the heat transfer jacket 336 and / or the insulating layer 339, 333B. ≪ / RTI > The first and second ejection fluid supply passages 333A and 333B may be configured to cooperatively and direct the ejection material such as ejection fluid 210 to the ejection member 332 through them. In some instances, for example, as shown in FIG. 1, the effluent fluid 210 may comprise the working fluid 236 and may be obtained from the same source in connection therewith. The first and second ejection fluid supply passages 333A and 333B can be insulated when necessary to deliver the ejection fluid 210 (i.e., CO 2 ) with sufficient supply and sufficient pressure, 210 are directed to the combustion chamber 222 through the inner spray member 332. [ These measurements involving the ejection fluid 210 associated with the ejection member 230 can be used to determine whether the combustor apparatus 220 is operating at relatively high pressures and at relatively high temperatures Lt; / RTI >

이러한 관점에서, 상기 내측 분출 부재(332)는, 예를 들면, 다공성 세라믹 물질, 천공된 물질, 라미네이트 물질, 2차원으로 랜덤하게 배향되고 3차원으로 정렬된 섬유들로 구성된 다공성 매트(mat), 또는 여기에 개시된 바와 같은 이에 요구되는 특성들, 즉 상기 내측 분출 부재(332)를 통해 상기 분출 유체를 수용하고 안내하는 다중 흐름 통로들 또는 구멍들 혹은 다른 적절한 개구들(335)을 나타내는 임의의 다른 적절한 물질 혹은 이들의 조합들로 구성될 수 있다. 다공성 세라믹과 이러한 분출 냉각 시스템들에 적합한 다른 물질들의 제한적이지 않은 예들은, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 상변태-강인화(transformation-toughened) 지르코늄, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 구리-침투(copper-infiltrated) 텅스텐, 텅스텐-코팅(tungsten-coated) 몰리브덴, 텅스텐-코팅(tungsten-coated) 구리, 다양한 고온 니켈 합금들, 그리고 레늄-피복(rhenium-sheathed) 또는 코팅 물질들을 포함한다. 적절한 물질들의 공급원들은, 예를 들면, 콜스텍사(CoorsTek, Inc.)(골든, 콜로라도)(지르코늄); 울트라메트 어드밴스드 머티어리얼즈 솔루션즈(UltraMet Advanced Materials Solutions)(파코이마, 캘리포니아)(내화 금속 코팅들); 오스람 실바니아(Osram Sylvania)(덴버, 메사추세츠)(텅스텐/구리); 그리고 말케테크 인터내셔널사(MarkeTech International, Inc.)(포트 타운센, 워싱톤)(텅스텐)를 포함한다. 이러한 분출 냉각 시스템들에 적합한 천공된 물질들의 예들은 상술한 물질들과 공급자들 모두(예를 들면, 해당 제조 분야에서 알려진 방법들을 이용하여 최초에는 다공성이 아닌 구조를 천공하여 상기 천공된 단부 구조들이 수득될 수 있는 곳)를 포함한다. 적절한 라미네이트 물질들의 예들은 상술한 물질들 및 공급자들 모두(다공성이 아니거나 부분적으로 다공성인 구조들을 해당 제조 분야에서 알려진 방법들을 이용하여 원하는 단부 다공성을 구현하는 방식으로 라미네이팅하여 상기 라미네이트 단부 구조들을 수득할 수 있는 곳)를 포함한다.In this regard, the inner jetting member 332 may be formed of a porous ceramic material, a perforated material, a laminate material, a porous mat composed of fibers randomly oriented in two dimensions and aligned in three dimensions, Or any other feature that exhibits the required properties as described herein, i.e., multiple flow passages or holes or other suitable openings 335 that receive and guide the ejected fluid through the inner ejection member 332. [ A suitable material, or combinations thereof. Non-limiting examples of porous ceramics and other materials suitable for such ejection cooling systems are aluminum oxide, zirconium oxide, transformation-toughened zirconium, copper, molybdenum, tungsten, copper-infiltrated, Tungsten, tungsten-coated molybdenum, tungsten-coated copper, various high temperature nickel alloys, and rhenium-sheathed or coating materials. Suitable sources of materials include, for example, CoorsTek, Inc. (Golden, CO) (zirconium); UltraMet Advanced Materials Solutions (Pacoima, CA) (refractory metal coatings); Osram Sylvania (Denver, Mass.) (Tungsten / copper); And MarkeTech International, Inc. (Port Townsend, Washington) (tungsten). Examples of perforated materials suitable for such ejection cooling systems include both materials and suppliers described above (for example, by perforating structures that are not initially porous using methods known in the art to form the perforated end structures Where it can be obtained). Examples of suitable laminate materials include both the above materials and suppliers (nonporous or partially porous structures are laminated in a manner that implements the desired end porosity using methods known in the art to yield the laminate end structures Where you can do it).

또 다른 측면들에 있어서, 상기 내측 분출 부재(332)는 상기 분출 부재(230)의 상기 유입구 부분(222A)으로부터 상기 유출구 부분(222B)까지 연장될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 상기 내측 분출 부재(332)의 천공된/다공성 구조는 상기 유입구 부분(222A)으로부터 상기 유출구 부분(222B)까지 실질적으로 완전히(축 방향으로) 연장될 수 있으므로 상기 분출 유체(210)가 상기 연소실(222)의 실질적으로 전체 길이 내로 안내된다. 즉, 상기 내측 분출 부재(332)의 실질적으로 전체는 천공된/다공성 구조와 함께 구성될 수 있으므로 상기 연소실(222)의 실질적으로 전체 길이가 분출 냉각된다. 보다 상세하게는, 일부 측면들에 있어서, 누적 천공/구멍 면적은 실질적으로 상기 내측 분출 부재(332)의 표면 면적과 같을 수 있다. 즉, 전체 벽 면적에 대한 구멍들의 비율(% 공극률)은, 예를 들면, 50% 정도의 단위가 될 수 있다. 또 다른 측면들에 있어서, 상기 천공들/구멍들은 적절한 밀도에서 이격될 수 있으므로 상기 내측 분출 부재(332)로부터 상기 연소실(222) 내로 상기 분출 물질의 실질적으로 균일한 분포가 이루어진다(즉, 상기 분출 물질(210)의 흐름이나 존재가 결핍되는 "데드 스폿들(dead spots)"은 없다). 일 실시예에 있어서, 상기 내측 분출 부재(332)는 이러한 천공들/구멍들이 약 0.004 인치(약 0.1㎜) 정도로 이격되는 약 62,500 구멍들/in2를 제공하기 위하여 평방 인치 당 250×250 단위의 천공들/구멍들의 어레이를 포함할 수 있다. 그러나 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다른 시스템들 구성 변수들에 적용 가능하거나, 예를 들면, 상기 분출 부재(230)를 가로지르는 유량에 대한 원하는 압력 강하와 같은 원하는 결과를 이루도록 적절한 바에 따라 상기 구멍 어레이의 구성이 변화될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 다른 예에 있어서, 상기 구멍 어레이는 약 10% 내지 약 80%까지 변화하는 공극률 퍼센트들과 함께 평방 인치 당 약 10×10 내지 평방 인치 당 약 10,000×10,000까지로 크기가 변화될 수 있다.In yet other aspects, the inner jetting member 332 may extend from the inlet portion 222A of the jetting member 230 to the outlet portion 222B. In some examples, the perforated / porous structure of the inner spout member 332 may extend substantially completely (axially) from the inlet portion 222A to the outlet portion 222B, Is guided into substantially the entire length of the combustion chamber (222). That is, substantially the entirety of the inner ejection member 332 can be configured with a perforated / porous structure so that substantially the entire length of the combustion chamber 222 is ejected and cooled. More specifically, in some aspects, the cumulative perforation / hole area may be substantially the same as the surface area of the inner ejection member 332. That is, the ratio of the holes (% porosity) to the total wall area can be, for example, about 50%. In still other aspects, the perforations / holes may be spaced at an appropriate density so that a substantially uniform distribution of the ejected material from the inner ejection member 332 into the combustion chamber 222 is achieved (i.e., There is no " dead spots " where there is a lack of flow or presence of material 210). In one embodiment, the inner fountain member 332 is configured to have a diameter of 250 x 250 units per square inch to provide about 62,500 holes / in 2 such that the perforations / holes are spaced about 0.004 inch (about 0.1 mm) / RTI > may include an array of perforations / holes. However, those skilled in the art will appreciate that other systems may be applicable to the configuration parameters or may be adapted to achieve desired results, such as, for example, the desired pressure drop over the flow rate across the ejection member 230 It will be appreciated that the configuration of the hole array may be varied accordingly. In another example, the pore array can be sized to vary from about 10 x 10 per square inch to about 10,000 x 10,000 per square inch with porosity percentages varying from about 10% to about 80%.

도 3a 및 도 3b는, 연소기 장치(220)의 일 측면에 있어서, 상기 연소실(222)을 한정하는 구조가 상기 분출 부재(230)와 상기 격납 부재(338) 또는 상기 분출 부재(230)와 상기 격납 부재(338) 사이에 배치된 상기 절연층(339)과 같은 둘러싸는 구조 사이의 "뜨거운(hot)" 억지 끼워 맞춤(interference fit)을 통해 형성될 수 있는 점을 예시한다. 예를 들면, 상대적으로 "차가운(cold)" 경우에, 상기 분출 부재(230)는 상기 둘러싸는 격납 부재(338)에 대하여 보다 작고, 방사상 및/또는 축 상으로 치수가 정해질 수 있다. 이와 같이, 상기 격납 부재(338) 내로 삽입될 때, 방사형 및/또는 축 상의 갭(gap)이 이들 사이에 존재할 수 있다(예를 들면, 도 3a 참조). 물론, 이러한 치수적 차이들은 상기 분출 부재(230)의 상기 격납 부재(338) 내로의 삽입을 용이하게 할 수 있다. 그러나, 예를 들면, 동작 온도를 향하여 가열될 때, 상기 분출 부재(230)는 전술한 갭들을 감소시키거나 제거하기 위해 방사형 및/또는 축 상으로 팽창하도록 구성될 수 있다(예를 들면, 도 3b 참조). 이렇게 함으로써, 축 상의 및/또는 방사형 억지 끼워 맞춤이 상기 분출 부재(230)와 상기 격납 부재(338) 사이에 형성될 수 있다. 외측 분출 부재(331)와 내측 분출 부재(332)를 갖는 분출 부재(230)를 수반하는 예들에 있어서, 이러한 억지 끼워 맞춤은 상기 내측 분출 부재(332)를 압축 상태 하에 둘 수 있다. 이와 같이, 다공성 세라믹과 같은 적절한 고온 저항 취성 재료들(brittle materials)이 상기 내측 분출 부재(332)를 형성하는 데 사용될 수 있다.3A and 3B illustrate a structure of the combustion chamber 222 on one side of the combustor device 220. The structure of the combustion chamber 222 is similar to that of the combustion chamber 222, Quot; hot " interference fit between the enclosing structure, such as the insulating layer 339, disposed between the receiving members 338. The insulating layer 339 may be formed of a " hot " For example, in the relatively " cold " case, the ejection member 230 may be smaller, radially and / or axially dimensioned relative to the encapsulating containment member 338. As such, when inserted into the containment member 338, radial and / or axial gaps may exist between them (see, e.g., FIG. 3A). Of course, these dimensional differences may facilitate insertion of the ejection member 230 into the containment member 338. [ However, for example, when heated toward the operating temperature, the ejection member 230 may be configured to expand radially and / or axially to reduce or eliminate the above-described gaps (e.g., 3b). In this way, axial and / or radial interference fit can be formed between the ejection member 230 and the containment member 338. In the examples involving the ejection member 230 having the outer ejection member 331 and the inner ejection member 332, this forced fit can leave the inner ejection member 332 under compression. As such, suitable high temperature resistant brittle materials such as porous ceramics may be used to form the inner fountain member 332.

이에 따라 구성된 상기 내측 분출 부재(332)로써, 상기 분출 물질(210)은, 예를 들면, 상기 내측 분출 부재(332)를 통해 안내되는 이산화탄소(즉, 상기 동작 유체(236)와 동일한 공급원들로부터의)를 포함할 수 있으므로 상기 분출 물질(210)이 상기 연소실(222) 내에서 상기 내측 분출 부재(332)에 바로 인접하는 버퍼층(231)(즉, "증기 벽(vapor wall)")을 형성하며, 상기 버퍼층(231)은 상기 내측 분출 부재(332)와 액화된 불연성 성분들 사이의 상호 작용과 상기 연소 생성물에 연관된 열을 완충시키도록 구성될 수 있다. 즉, 일부 예들에 있어서, 상기 분출 유체(210)는, 예를 들면, 적어도 상기 연소실(222) 내의 압력에서 상기 내측 분출 부재(332)를 통해 전달될 수 있으며, 상기 연소실(222) 내로의 상기 분출 유체(210)의 유량(즉, CO2 흐름)은 후속하는 하향 공정의 유입구 요구(즉, 터빈이, 예를 들면, 약 1,225℃의 유입구 온도를 요구할 수 있다)에 대하여 충분한 온도에서 출구 유체 혼합물을 형성하도록 상기 연소 생성물들과 혼합되고 냉각시키기는 상기 분출 유체(210)를 위해 충분하지만, 상기 출구 유체 혼합물 온도는 슬래그(slag) 방울들 또는 상기 유체 또는 액체 상태의 상기 연료 내의 다른 오염물들을 유지하도록 충분히 높게 유지된다. 상기 연료의 불연성 성분들의 액체 상태는 예를 들면, 바람직하게는 자유 유동하는 낮은 점도의 형태인 액체 형태의 상기 연소 생성물로부터 이러한 오염물들의 분리를 용이하게 할 수 있으며, 이는 막을 가능성이나 그렇지 않으면 이러한 분리를 위해 설치되는 임의의 제거 시스템의 손상을 낮출 것이다. 실제로, 이러한 요구들은 사용되는 고체상의 탄소질 연료(즉, 석탄)의 형태와 상기 연소 공정에서의 상기 슬래그의 특정한 특성들과 같은 다양한 인자들에 의존할 수 있다. 즉, 상기 연소실(222) 내의 상기 연소 온도는 상기 탄소질 연료 내의 임의의 불연성 성분들이 상기 연소 생성물 내에서 액화되도록 하는 것이 바람직하다. The spouted material 210 may be formed from the same source of carbon dioxide as the operating fluid 236 guided through the inner spouting member 332 The injected material 210 may form a buffer layer 231 (i.e., a " vapor wall ") immediately adjacent to the inner ejector member 332 in the combustion chamber 222 And the buffer layer 231 may be configured to buffer the interaction between the inner ejector member 332 and the liquefied incombustible components and the heat associated with the combustion products. That is, in some instances, the ejection fluid 210 may be transferred, for example, at least through the inner ejection member 332 at a pressure within the combustion chamber 222, The flow rate of the effluent fluid 210 (i.e., the CO 2 flow) may be controlled at a sufficient temperature for a subsequent downstream process inlet demand (i.e., the turbine may require, for example, an inlet temperature of about 1,225 ° C.) Although it is sufficient for the blast fluid 210 to mix and cool with the combustion products to form a mixture, the outlet fluid mixture temperature is sufficient to cause slag droplets or other contaminants in the fluid or liquid state Lt; / RTI > The liquid state of the non-combustible components of the fuel can facilitate the separation of these contaminants from the combustion products in liquid form, for example, in the form of low viscosity, preferably free-flowing, Lt; RTI ID = 0.0 > damage < / RTI > Indeed, these requirements may depend on various factors such as the type of solid carbonaceous fuel (i.e. coal) used and the specific properties of the slag in the combustion process. That is, the combustion temperature in the combustion chamber 222 preferably allows any non-combustible components in the carbonaceous fuel to be liquefied in the combustion product.

특정한 측면들에 있어서, 상기 다공성 내측 분출 부재(332)는 이에 따라 상기 연소실(222)을 한정하는 상기 내측 분출 부재(332)의 표면에 대해 유체 차단벽이나 버퍼층(231)을 형성하기 위하여 상기 분출 유체/물질을 방사형의 내측 방식으로 상기 연소기(222) 내로 향하게 하도록 구성된다(예를 들면, 도 2 참조). 특정한 일 측면에 있어서, 상기 다공성 내측 분출 부재(332)는 이에 따라 상기 분출 유체를 상기 연소실(222) 내로 향하도록 구성되어, 상기 분출 유체(210)가 상기 내측 분출 부재(332)의 내측 표면에 대하여 실질적으로 직각(90°)으로 상기 연소실(222)로 들어간다. 다른 이점들 중에서, 상기 내측 분출 부재(332)에 대해 실질적으로 직각으로의 상기 분출 물질(210)의 도입은 슬래그 액체 또는 고체 방울들이나 다른 오염원들 혹은 상기 내측 분출 부재(332)의 내측 표면으로부터 떨어진 뜨거운 연소 유체 소용돌이들을 안내하는 효과를 용이하게 하거나 그렇지 않으면 향상시킬 수 있다. 상기 슬래그 액체 또는 고체 방울들과 상기 내측 분출 부재(332) 사이의 접촉들 감소시키거나, 최소화하거나 또는 그렇지 않으면 방지하는 것은, 예를 들면, 방울들/입자들과 고체상의 벽들 사이의 접촉으로 발생되는 것으로 알 수 있으며, 이는 상기 내측 분출 부재(332)의 손상을 야기할 수 있는 보다 큰 방울들이나 덩어리들로 이러한 오염물들이 융합되는 것을 방지할 수 있다. 상기 내측 분출 부재(332)에 대하여 실질적으로 직각으로의 상기 분출 물질(210)의 도입은 이에 따라 상기 내측 분출 부재(332)에 영향을 미치고 손상을 입히는 충분한 속도나 모멘텀(momentum)을 갖는 상기 내측 분출 부재(332)에 근접하는 연소 유체 소용돌이들의 형성의 방지를 용이하게 하거나 그렇지 않으면 향상시킬 수 있다.The porous inner spray member 332 is configured to form a fluid shutoff wall or buffer layer 231 on the surface of the inner spray member 332 defining the combustion chamber 222, To direct the fluid / material into the combustor 222 in a radially inner manner (see, e.g., Fig. 2). The porous inner spout member 332 is configured to direct the spouting fluid into the combustion chamber 222 so that the spouting fluid 210 is directed to the inner surface of the inner spout member 332 Into the combustion chamber 222 at a substantially right angle (90 DEG). Among other advantages, the introduction of the ejected material 210 at substantially right angles to the inner ejector member 332 may be accomplished by removing slag liquid or solid droplets or other contaminants, or from the inner surface of the inner ejector member 332 The effect of directing hot combustion fluid vortices can be facilitated or otherwise improved. Reducing, minimizing or otherwise preventing contact between the slag liquid or solid droplets and the inner ejector member 332 can occur, for example, by contact between droplets / particles and solid walls Which can prevent these contaminants from fusing into larger droplets or lumps that can cause damage to the inner discharge member 332. [ The introduction of the spill material 210 at substantially right angles to the inner spill member 332 is thus directed to the inner spill member 332 having sufficient velocity or momentum to affect and damage the inner spill member 332, It is possible to facilitate or otherwise prevent the formation of combustion fluid vortices close to the jetting member 332. [

전술한 바와 같이, 다른 예들에 있어서, 상기 연소실(222) 내로 향해지는 상기 연료/연료 혼합물에 따른 상기 연료/연료 혼합물 내로의 소용돌이의 유도 또는 다른 직선의 균일한 흐름의 방해가 유리할 수 있다. 상기 연료/연료 혼합물이 상기 연소기(222) 내로 전달된 후에 이러한 흐름 방해를 달성함으로써, 노즐들이나 다른 버너 장치들 혹은 상기 연소실(222) 내로의 연료/연료 혼합물의 전달 이전에 이러한 흐름 방해를 일으키는 전달 장치들과 관련된 단점들이 방지되거나 최소화될 수 있다. 그러나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 일부 예들에 있어서, 상기 연료/연료 혼합물의 이러한 후-도입이 그 예비-도입의 방해를 가져오는 이러한 연료/연료 혼합물 전달 장치들과 함께 때때로 필수적 및/또는 요구되는 점을 이해할 수 있을 것이다.As described above, in other examples, induction of vortices into the fuel / fuel mixture along with the fuel / fuel mixture directed into the combustion chamber 222, or interference with a uniform flow of another straight line, may be advantageous. By achieving this flow disturbance after the fuel / fuel mixture has been delivered into the combustor 222, it is possible to achieve this flow disturbance prior to delivery of the fuel / fuel mixture into the nozzles or other burner devices or into the combustion chamber 222 Disadvantages associated with devices can be prevented or minimized. However, those of ordinary skill in the art will recognize that, in some instances, this post-introduction of the fuel / fuel mixture is sometimes necessary with such fuel / fuel mixture delivery devices, And / or required.

이와 같이, 본 발명의 일부 측면들에 있어서, 적어도 상기 내측 분출 부재(332)는 이를 통해 상기 분출 유체(210)를 상기 연소실(222)을 향하여 실질적으로 균일하게 안내하도록 구성될 수 있으므로, 상기 분출 부재(332)와 상기 연소 생성물들 및/또는 상기 연료 혼합물 사이의 상호 작용을 완충시키기 위해 상기 내측 분출 부재(332)의 표면에 대해 상기 유체 장벽층이나 버퍼층(231)을 형성하도록 상기 분출 유체(210)가 그 둘레(221)(예를 들면, 도 2a 참조)에 대해 나선형으로(예를 들면, 도 2e 참조) 및 상기 유입구 부분(222A)과 상기 유출구 부분(222B) 사이를 길이 방향으로 흐르도록 안내된다. 보다 상세하게는, 일부 측면들에 있어서, 적어도 상기 내측 분출 부재(332)는 이를 통해 및 상기 연소실(222) 내로 상기 분출 유체(210)를 그 둘레(221)에 대해 실질적으로 균일하고 상기 유입구 부분(222A)과 상기 유출구 부분(222B) 사이를 길이 방향으로 향하게 하도록 구성되어, 상기 분출 유체(210)가 상기 내측 분출 부재(332)의 둘레(221)에 대해 실질적으로 접선 방향이고, 예를 들면, 도 2a 및 도 2e에 도시된 바와 같이 이에 대해 나선 방향으로(즉, 나선 또는 코일 형태로) 흐르도록 안내된다. 예를 들면, 상기 내측 분출 부재(332)에 의해 정의되는 상기 천공들/구멍들(335)은 상기 연소실(222)의 둘레에 대해 접선 방향이거나 그렇지 않으면 상기 연소실(222)의 둘레를 따라 이들을 통해 흐르는 상기 분출 유체(210)를 안내하기 위하여 그 외측 표면과 내측 표면 사이에서 연장되는 바에 따라 아치 형상이 되거나 각이 질 수 있다(예를 들면, 도 2a 참조). As such, in some aspects of the present invention, at least the inner spout member 332 can be configured to guide the spouting fluid 210 substantially uniformly toward the combustion chamber 222 therethrough, (331) to form the fluid barrier or buffer layer (231) against the surface of the inner firing member (332) to buffer the interaction between the member (332) and the combustion products and / 210 extend in a longitudinal direction between the inlet portion 222A and the outlet portion 222B in a spiral manner (see, for example, FIG. 2E) relative to the perimeter 221 (see FIG. 2A, for example) . More specifically, in some aspects, at least the inner fountain member 332 is configured to allow the exiting fluid 210 to be substantially uniform with respect to its circumference 221 through and into the combustion chamber 222, Is directed in the longitudinal direction between the outlet portion 222A and the outlet portion 222B so that the outlet fluid 210 is substantially tangential to the circumference 221 of the inner outlet member 332, , And are guided to flow in a helical direction (i.e., in the form of a spiral or a coil) thereto as shown in Figs. 2A and 2E. For example, the perforations / holes 335 defined by the inner firing member 332 may be tangential to the circumference of the combustion chamber 222, or otherwise along the circumference of the combustion chamber 222 Or may be arcuate or angled as it extends between its outer and inner surfaces to guide the flow of extrudate fluid 210 (see, e.g., FIG. 2A).

다른 예에 있어서, 상기 내측 분출 부재(332)의 길이 방향의 스트립(strip)들을 따르는 구멍들은 상기 연소실(222)의 둘레에 대해 접선 방향이거나 그렇지 않으면 상기 연소실(222)의 둘레를 따라 이들을 통해 흐르는 상기 분출 유체(210)를 용이하게 하도록 포커스/폐쇄될 수 있다(예를 들면, 도 2c 참조). 다른 예들에 있어서, 상기 내측 분출 부재(332)의 길이 방향의 스트립들의 포커싱에 추가적으로 또는 대신에, 상기 연소실(222)의 둘레(221)에 실질적으로 접선 방향이거나 그렇지 않으면 둘레(221)를 따르는 상기 분출 유체(210)의 흐름을 용이하게 하는 다른 표면들의 차단이 없이 그를 통한 방사형 흐름을 방지하는 특정한 다공성 벽 표면들을 차단하기 위하여, 차단 구조물(shield structure)(224)(즉, 금속이나 세라믹 차단 장치)이, 예를 들면, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 내측 분출 부재(332)에 대하여 정렬/삽입될 수 있다(예를 들면, 도 2c 및 도 2d 참조). 비록 상기 구조물(224) 또는 상기 포커싱 공정이 상기 연소실(222)의 둘레(221)에 실질적으로 접선 방향이거나 그렇지 않으면 둘레(221)를 따르는 상기 분출 유체(210)를 안내하도록 구성될 수 있지만, 그 흐름이 길이 방향의 연소 흐름과 상호 작용하면, 벡터(vector) 합 흐름은 실질적으로 나선형이 될 것이다. 그러나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 연소실(222)의 둘레(221)에 실질적으로 접선 방향이거나 그렇지 않으면 둘레(221)를 따르는 상기 분출 유체(210)의 흐름을 구현하도록 상기 내측 분출 부재(332)를 구성하는 많은 다른 방식들이 존재할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In another example, the holes along the longitudinal strips of the inner fountain member 332 are tangential to the circumference of the combustion chamber 222 or otherwise flow through them along the circumference of the combustion chamber 222 May be focused / closed to facilitate the ejection fluid 210 (see, e.g., Fig. 2C). In other examples, in addition to or instead of focusing the strips in the longitudinal direction of the inner fountain member 332, there may be a substantially tangential or otherwise circumferential direction along the perimeter 221 of the combustion chamber 222, A shield structure 224 (i. E., A metal or ceramic barrier device) is provided to block certain porous wall surfaces that prevent radial flow therethrough without interrupting other surfaces that facilitate the flow of the ejection fluid 210. [ Can be aligned / inserted with respect to the inner ejection member 332, for example, as shown in Fig. 2C (see Figs. 2C and 2D, for example). Although the structure 224 or the focusing process may be configured to guide the ejection fluid 210 substantially tangential to or otherwise around the perimeter 221 of the combustion chamber 222, As the flow interacts with the longitudinal combustion stream, the vector sum flow will be substantially helical. Those skilled in the art will appreciate, however, that the internal ejection of the ejection fluid 210 may be substantially tangential to the circumference 221 of the combustion chamber 222, It will be appreciated that there can be many different ways of configuring member 332. [

또 다른 예에 있어서, 상기 천공들/구멍들(335)은 상기 연소실(222)의 둘레(221)에 실질적으로 접선 방향이거나 그렇지 않으면 둘레(221)를 따르는 이들을 통한 상기 분출 유체(210)를 안내하도록 이들을 통해 안내되는 상기 분출 유체(210)에 대해 코안다 효과(Coanda effect)를 부여하도록 구성될 수 있다(예를 들면, 도 2f 참조). 이와 같은 예들에 있어서, 상기 유입구 부분(222A)으로부터 상기 유출구 부분(222B)을 향하는 상기 연료/연료 혼합물 및/또는 연소 생성물들의 흐름은 상기 분출 유체(210)의 흐름을 상기 유출구 부분(222B)을 항해 길이 방향으로 안내되는 것과 같게 할 수 있고 이에 따라 상기 연소실(222)을 따르는 상기 분출 유체(210)의 나선형 또는 나사형 흐름을 유발한다. 이러한 예들에 있어서, 상기 내측 분출 부재(332)에 의해 한정되는 상기 구멍들/천공들(335)은 이를 통해, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 연소실(222)의 길이 방향의 축에 대해 실질적으로 수직하게 연장될 수 있다. 그러나, 다른 예들에 있어서, 상기 구멍들/천공들(335)은 상기 분출 유체(210) 및/또는 상기 연료 혼합물/연소 생성물들과 혼합된 나선형/나사형 흐름을 증진시키도록 상기 유출구 부분(222B)을 향하여 각이 질 수 있거나(예를 들면, 도 2b 참조), 상기 구멍들/천공들(335)이 그렇지 않으면 상기 분출 유체(210)와 상기 연료 혼합물 및/또는 상기 연소 생성물 사이의 상호 작용에 영향을 미치도록(즉, 혼합을 증진시키거나 연소율을 조절하도록) 상기 유입구 부분(222A)(도시되지 않음)을 향해 각이 질 수 있다. 이에 따라, 상기 연소실(222)을 따른 상기 연료 혼합물/연소 생성물들의 흐름의 이러한 조작은, 일부 예들에 있어서, 그렇지 않으면 상기 연소기(222) 내로의 상기 연료/연료 혼합물의 실질적으로 직선형이고 균일한 흐름에 영향을 미치는 물리적인 장치 없이, 연소 특성들 및/또는 운동학의 조절에 원하는 영향을 제공할 수 있다. 이러한 배치, 즉 상기 연료 혼합물/연소 생성물들에 영향을 미치기 위한 물리적인 장치들의 부존재는, 예를 들면, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 연료 혼합물/연소 생성물들에 함유된 미립자들의 축적 현장들의 제거에 다른 면에서 유리할 수 있다.In another example, the perforations / holes 335 are substantially tangential to the perimeter 221 of the combustion chamber 222, or otherwise guide the percolating fluid 210 through those along the perimeter 221 To provide a coanda effect to the ejection fluid 210 that is guided through them (e.g., see FIG. 2F). In such instances, the flow of fuel / fuel mixture and / or combustion products from the inlet port portion 222A toward the outlet port portion 222B may cause the flow of the outlet fluid 210 to flow through the outlet portion 222B As well as to cause a spiral or threaded flow of the effluent fluid 210 along the combustion chamber 222. [ In these examples, the holes / perforations 335 defined by the inner spraying member 332 pass through them, for example, as shown in Fig. 2, in the longitudinal direction of the combustion chamber 222 And may extend substantially perpendicular to the axis. However, in other examples, the holes / perforations 335 may be formed in the outlet portion 222B to enhance the spiral / threaded flow mixed with the effluent fluid 210 and / or the fuel mixture / (E. G., See FIG. 2B), the holes / perforations 335 may otherwise be directed toward the fuel mixture and / or the combustion product (I. E., To enhance mixing or adjust the burn rate) to the inlet portion 222A (not shown). Thus, this manipulation of the flow of fuel mixture / combustion products along the combustion chamber 222 may, in some instances, result in a substantially straight and uniform flow of the fuel / fuel mixture into the combustor 222 Can provide a desired effect on the control of combustion characteristics and / or kinematics, without the physical device affecting the combustion of the fuel. This arrangement, i.e., the absence of physical devices to affect the fuel mixture / combustion products, can be achieved, for example, by those skilled in the art, Lt; RTI ID = 0.0 > of the < / RTI >

상기 연료 혼합물/연소 생성물들의 흐름의 이러한 조작에 있어서, 상기 연소실(222) 내에서 이들의 소용돌이를 부여하거나 그렇지 않으면 유도하기 위하여, 상기 버너 장치(300) 및/또는 상기 분출 부재(230)는 다른 배치들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 일 측면에 있어서, 상기 버너 장치(300)는 상기 혼합 장치(250)로부터 상기 연료/연료 혼합물을 수용하고, 상기 연료/연료 혼합물을 상기 분출 유체(210)의 나선형 흐름에 대해 대체로 대향하는 흐름 방향으로 상기 연소실(222)의 유입구 부분(222A) 내로 향하게 하도록 구성될 수 있다. 다른 측면에 있어서, 상기 버너 장치(300)는 상기 혼합 장치(250)로부터 상기 연료/연료 혼합물을 수용하며, 상기 연료/연료 혼합물을 상기 분출 유체(210)의 나선형 흐름에 일치하는 방향으로(즉, 동일한 방향으로) 상기 연소실(222)의 상기 유입구 부분(222A) 내로 안내하도록 구성될 수 있다. 또 다른 측면에 있어서, 상기 버너 장치(300)는 상기 혼합 장치(250)로부터 상기 연료/연료 혼합물을 수용하고, 상기 연료/연료 혼합물의 실질적으로 균일한 선형의 흐름을 상기 연소실(222)의 상기 유입구 부분(222A) 내로 안내하도록 구성될 수 있으며, 상기 분출 유체(210)의 나선형 흐름은 상기 연소실(222) 내의 상기 연료/연료 혼합물 및/또는 상기 연소 생성물들의 와류를 유도하도록 구성된다.In this manipulation of the flow of the fuel mixture / combustion products, the burner device 300 and / or the blowing element 230 may be provided in a different position in the combustion chamber 222 in order to impart or otherwise induce their swirling in the combustion chamber 222 ≪ / RTI > For example, in one aspect, the burner apparatus 300 is configured to receive the fuel / fuel mixture from the mixing device 250 and to pump the fuel / fuel mixture into the fuel / And into the inlet portion 222A of the combustion chamber 222 in the opposite flow direction. In another aspect, the burner apparatus 300 receives the fuel / fuel mixture from the mixing apparatus 250 and directs the fuel / fuel mixture in a direction coincident with the spiral flow of the blowing fluid 210 , In the same direction) into the inlet portion 222A of the combustion chamber 222. In this way, In another aspect, the burner apparatus 300 receives the fuel / fuel mixture from the mixing apparatus 250 and directs a substantially uniform linear flow of the fuel / And the helical flow of the ejecting fluid 210 is configured to induce a vortex of the fuel / fuel mixture and / or the combustion products in the combustion chamber 222. In one embodiment,

각각의 이러한 배열은 별개의 목적 및/또는 효과를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 분출 물질(210)의 나선형 흐름에 대향하는 방향으로 상기 연료/연료 혼합물의 흐름을 안내하는 것은 상기 대행하는 흐름들 사이의 마찰로 인하여 상기 연료/연료 혼합물 내의 와류를 느리게 하거나 정지시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 연료/연료 혼합물의 연소도 늦춰질 수 있다. 반대로, 상기 연료/연료 혼합물이 상기 분출 유체(210)의 나선형 흐름과 동일한 방향으로 안내될 경우, 상기 연료/연료 혼합물 및/또는 상기 연소 생성물들의 소용돌이는 향상될 수 있고, 상기 연료/연료 혼합물의 실질적으로 완전한 연소에 필요한 시간을 가능한 대로 감소시키거나, 그렇지 않으면 상기 공정 동안 연소되는 상기 연료/연료 혼합물의 비율을 증가시킬(즉, 상기 연료의 소진율(burnout ratio)을 증가시킬) 수 있다. 실질적으로 균일한 선형의 흐름으로 상기 연료/연료 혼합물을 안내하는 것은, 예를 들면, 상기 연료/연료 혼합물이 고체들 또는 다른 미립자들을 포함할 때, 이전에 개시한 바와 같이, 상기 흐름이 기계 장치들에 의해 방해받지 않기 때문에 유리할 수 있으며, 이의 원하는 와류가 이후에 이의 연소를 향상시키도록 상기 분출 부재(210)의 나선형 흐름에 의해 유도될 수 있다.Each such arrangement may have a separate purpose and / or effect. For example, directing the flow of the fuel / fuel mixture in a direction opposite to the spiral flow of the sparse material 210 may slow or stop the vortex in the fuel / fuel mixture due to friction between the alternating flows. . Thus, the combustion of the fuel / fuel mixture can also be delayed. Conversely, when the fuel / fuel mixture is guided in the same direction as the spiral flow of the gush fluid 210, the swirling of the fuel / fuel mixture and / or the combustion products can be improved and the fuel / It is possible to reduce the time required for substantially complete combustion as much as possible or otherwise increase the burn-up ratio of the fuel (i.e., increase the ratio of the fuel / fuel mixture to be burned during the process). Directing the fuel / fuel mixture with a substantially uniform linear flow can be achieved, for example, when the fuel / fuel mixture comprises solids or other particulates, as previously disclosed, And the desired vortex thereof can be induced by the spiral flow of the ejection member 210 to improve its combustion thereafter.

이에 따라, 이러한 효과들은, 일부 측면들에 있어서, 상기 연소기 장치(220)의 효율을 향상시키도록 결합될 수 있다. 예를 들면, 도 2g에 도시한 바와 같이, 상기 연소 챔버(222)는 상기 유입구 부분(222A)을 향해 배치되는 연소 구획(combustion section)(244A)과 상기 유출구 부분(222B)을 향해 배치되는 후-연소 구획(244B)을 포함할 수 있으며, 상기 분출 부재(230)는, 상기 후-연소 구획(244B) 상부의 상기 분출 유체(210)의 나선형 흐름이 상기 연소 구획(244A) 내의 유도된 상기 연료/연료 혼합물의 소용돌이에 대하여 상기 후-연소 구획(244B) 내의 유도된 상기 연소 생성물의 소용돌이를 반전시키기 위하여, 상기 연소 구획(244A) 상부 상부의 상기 분출 물질(210)의 나선형 흐름에 대향하도록 구성될 수 있다. Accordingly, these effects may, in some aspects, be combined to improve the efficiency of the combustor apparatus 220. For example, as shown in FIG. 2G, the combustion chamber 222 includes a combustion section 244A disposed toward the inlet section 222A and a combustion section 242A disposed toward the outlet section 222B. A combustion zone 244B and the spout member 230 is positioned such that the spiral flow of the spout fluid 210 above the post-combustion zone 244B is directed towards the combustion zone 244A, (210) in the upper portion of the combustion zone (244A) to reverse the swirling of the combustion product induced in the post-combustion zone (244B) relative to the vortex of the fuel / fuel mixture Lt; / RTI >

이러한 예들에 있어서, 상기 연료/연료 혼합물은, 앞서 설명한 바와 같이, 이의 연소를 향상시키기 위하여 상기 분출 부재(210)의 나선형 흐름과 동일한 방향으로 상기 연소실(222)의 연소 구획(244A) 내로 안내될 수 있다. 상기 후-연소 구획(244B) 내의 상기 분출 유체(210)의 나선형 흐름의 방향의 반전은, 예를 들면, 전단 응력의 증가에 의해 상기 연소 생성물들 내에 "반-소용돌이(counter-swirl)"을 유발할 수 있으며, 이에 따라 상기 연소 생성물들의 혼합을 향상시킨다. 이렇게 함에 있어서, 상기 연소 생성물들은 보다 균질의 출구 유체 흐름을 제공하기 위하여 보다 빠르게 및 완전하게 상기 유출구 부분(222B)으로부터의 상기 출구 유체 흐름 내로 혼합될 수 있다.In these examples, the fuel / fuel mixture is introduced into the combustion zone 244A of the combustion chamber 222 in the same direction as the spiral flow of the injection member 210 to improve its combustion, as described above . The reversal of the direction of the spiral flow of the effluent fluid 210 in the post-combustion section 244B may result in a " counter-swirl " in the combustion products, for example, , Thereby enhancing the mixing of the combustion products. In doing so, the combustion products can be mixed more quickly and completely into the outlet fluid flow from the outlet portion 222B to provide a more homogeneous outlet fluid flow.

다른 측면들에 있어서, 상기 유입구 부분(222A)과 상기 유출구 부분(222B) 사이에서 유도된 상기 연료/연료 혼합물 및/또는 상기 연소 생성물들의 와류를 교호적으로 반전시키기 위하여, 상기 분출 부재(230)는 상기 분출 유체(210)의 나선형 흐름이 교호적으로 반전되도록 구성될 수 있다. 상기 분출 유체(210)의 대향하는 나선형 흐름의 이러한 교호적인 부분은, 예를 들면, 국부적인 난류를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 연료/연료 혼합물 및/또는 상기 연소 생성물들의 혼합을 증가시킬 수 있다. 일부 예들에 있어서, 예를 들면, 상기 연소 동력학, 운동학 및/또는 상기 연소실(222) 내의 또는 이를 통하는 유로의 다른 변화들을 유도하도록 이러한 국부적인 난류를 더욱 증가시키기 위하여, 상기 분출 부재(230)는 이를 통해 연장되는 적어도 하나의 분출 포트(246)(예를 들면, 도 2g 참조)를 더 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 분출 포트(246)는, 그 흐름 특성들뿐만 아니라 연소 동력학과 운동학에 가능한 대로 영향을 미치기 위하여 상기 연료/연료 혼합물 및/또는 상기 연소 생성물들 내로 상기 분출 유체(210)의 보충적인 선형의 흐름을 안내하도록 구성될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 적어도 하나의 측방으로 연장되는 분출 포트(246)를 통해 안내되는 상기 분출 유체의 적절하게 구성된 제트는 상기 연소실(222) 내의 상기 흐름을 두 갈래로 나뉘게 하기에 충분할 수 있거나, 그렇지 않으면 상기 분출 유체의 제트의 주위에서 상기 흐름이 "구부러지는(bend)" 것을 야기할 수 있으며, 이에 따라 상기 흐름이 상기 연소실(222)의 길이를 따라 형상지어지게 할 수 있다. 이러한 분출 포트들(246)의 하나 이상이 사용되는 경우, 상기 분출 포트들(246)은, 예를 들면, 보다 높은 온도의 연소 영역들을 상기 연소실(222) 내의 다른 구획들로 이동(즉, 상기 연소실(222) 내의 특정한 구획들의 국지화된 가열 또는 과열을 방지)시키거나, 다른 온도들을 갖는 다른 연소 영역들 사이에서 혼합을 유도하기 위하여, 상기 연소실(222)에 대하여 각이 지거나 및/또는 길이 방향으로 이격될 수 있다.In other aspects, in order to alternately invert the vortex of the fuel / fuel mixture and / or the combustion products induced between the inlet portion 222A and the outlet portion 222B, May be configured such that the spiral flow of the ejection fluid 210 is alternately inverted. This alternate portion of the opposing spiral flow of the ejecting fluid 210 may, for example, increase the local turbulence and thus increase the mixing of the fuel / fuel mixture and / or the combustion products have. In some instances, for example, to further increase this localized turbulence to induce the combustion kinetics, kinematics, and / or other changes in the flow path through or through the combustion chamber 222, (E. G., See FIG. 2G) extending through the at least one ejection port 246, and the at least one ejection port 246 may include at least one ejection port 246 extending therethrough as well as its flow characteristics as well as combustion kinetics and kinematics May be configured to guide the supplemental linear flow of the exuding fluid (210) into the fuel / fuel mixture and / or the combustion products to affect as much as possible. In some aspects, a suitably configured jet of ejecting fluid that is guided through the at least one laterally extending ejection port 246 may be sufficient to divide the flow in the combustion chamber 222 bifurcated , Otherwise the flow may "bend" around the jet of the ejection fluid, thereby causing the flow to be shaped along the length of the combustion chamber 222. When more than one of these ejection ports 246 is used, the ejection ports 246 may move, for example, higher temperature combustion zones to different compartments in the combustion chamber 222 To prevent the localized heating or overheating of certain compartments in the combustion chamber 222) or to induce mixing between the different combustion regions with different temperatures, angles relative to the combustion chamber 222 and / . ≪ / RTI >

일부 예들에 있어서, 상기 외측 분출 부재(331), 상기 격납 부재(338), 상기 열전달 재킷(336) 및/또는 상기 절연층(339)은 개별적으로 또는 조합되어 상기 분출 부재(332)에 대해 및 이를 통한 그리고 상기 연소실(22) 내로의 상기 분출 물질/유체(210)의 전달에 대하여 "매니폴드(manifold)" 효과(즉, 실질적으로 균일하게 분포된 공급을 제공하도록)를 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 연소실(222) 내로의 상기 분출 유체(210)의 실질적으로 균일한 공급(유량, 압력 또는 임의의 다른 적절하고 적합한 측정들에 관하여)은 상기 내측 분출 부재(332)에 대한 상기 분출 물질(210)의 균일한 공급을 제공하도록 상기 외측 분출 부재(331), 상기 격납 부재(338), 상기 열전달 재킷(336) 및/또는 상기 절연층(339)을 구성함에 의해 구현될 수 있거나, 또는 상기 내측 분출 부재(332)의 외측 표면에 대한 상기 분출 유체(210)의 공급이 상기 연소실(222)의 내부, 이에 대한 또는 이를 따른 상기 분출 물질(210)의 실질적으로 균일한 분포가 구현되도록 특히 주문 제작 및 구성될 수 있다. 상기 연소실(222) 내로의 상기 분출 물질(210)의 이러한 실질적으로 균일한 분포 및 공급은, 이러한 뜨거운 연소 유체 소용돌이들이 그렇지 않으면 불균일한 분출 유체 흐름과 연소 유체 흐름 사이의 상호 작용을 통해 형성될 수 있기 때문에 뜨거운 연소 유체 소용돌이들의 형성을 최소화하거나 방지할 수 있으며, 이러한 소용돌이들은 순차적으로 상기 내측 분출 부재(332)에 영향을 미치거나 잠재적으로 손상을 입힐 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 연소실(222) 내의 상기 분출 물질(210)의 분포의 균일성은 바람직하게는 적어도 국지적인 방식이나 기준의 프레임 내이다. 즉, 상기 연소실(222)을 따르는 상대적으로 큰 거리들 상부에서, 상기 분출 물질/유체(210)의 균일성은 변화될 수 있지만, 상기 흐름을 위해 잠재적으로 손상을 입히는 소용돌이들의 형성에 기여할 수 있는 유체 흐름 내에 불연속성을 방지하도록 매우 부드럽게 변화하는 것이 바람직하거나 및/또는 필요할 수 있다.In some examples, the outer firing member 331, the containment member 338, the heat transfer jacket 336, and / or the insulating layer 339 may be formed separately or in combination with respect to the firing member 332 and / To provide a " manifold " effect (i.e., to provide a substantially uniformly distributed supply) for the delivery of the ejected material / fluid 210 therethrough and into the combustion chamber 22 have. That is, a substantially uniform supply (with respect to flow rate, pressure, or any other suitable and appropriate measurements) of the effluent fluid 210 into the combustion chamber 222 may be provided to the injector member 332, The heat transfer jacket 336, and / or the insulating layer 339 to provide a uniform supply of heat to the outer spray member 331, the containment member 338, the heat transfer jacket 336, and / or the insulating layer 339, The supply of the gushing fluid 210 to the outer surface of the inner gushing member 332 may be such that a substantially uniform distribution of the gushing substance 210 in the combustion chamber 222, Can be customized and configured. This substantially uniform distribution and supply of the effluent material 210 into the combustion chamber 222 may be such that these hot combustion fluid vortices may otherwise be formed through the interaction between the unburnt fluid flow and the combustion fluid flow Which can minimize or prevent the formation of hot combustion fluid vortices, which in turn can affect or potentially damage the inner spout member 332. In some aspects, the uniformity of the distribution of the effluent material 210 within the combustion chamber 222 is preferably within at least a localized manner or frame of reference. That is, above the relatively large distances along the combustion chamber 222, the uniformity of the ejected material / fluid 210 may vary, but the fluid that can contribute to the formation of potentially damaging vortices for the flow It may be desirable and / or necessary to vary very smoothly to prevent discontinuities in the flow.

상기 내측 분출 부재(332)의 표면도 연소 생성물들에 의해 가열된다. 이와 같이, 상기 다공성 내측 분출 부재(332)는 적절한 열전도성을 가지도록 구성될 수 있으므로 상기 내측 분출 부재(332)를 통과하는 상기 분출 유체(210)가 가열되는 반면, 상기 다공성 내측 분출 부재(332)는 동시에 냉각되며, 예를 들면, 가장 높은 연소 온도의 영역 내에서 약 200℃ 내지 약 700℃ 사이(그리고, 일부 예들에 있어서, 약 1,000℃까지)에 있는 상기 연소실(222)을 한정하는 상기 내측 분출 부재(332)의 표면의 온도를 가져올 수 있다. 상기 분출 유체(210)에 의해 형성되는 상기 유체 차단벽 또는 버퍼층(231)은 상기 내측 분출 부재(332)와 협력하고 이에 따라 상기 내측 분출 부재(332)와 상기 고온 연소 생성물들 사이의 상호 작용을 완충시키며, 상기 슬래그 또는 다른 오염물 입자들도 이와 같이 상기 내측 분출 부재(332)를 접촉, 악취 또는 다른 손상으로부터 완충시킨다. 또한, 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 온도에서 상기 연소실(222)의 상기 유출구 부분(222b)에 대한 상기 분출 유체(210)와 상기 연소 생성물의 출구 혼합물을 조절하기 위하여 이러한 방식으로 상기 내측 분출 부재(332)를 통해 상기 연소실(22) 내로 상기 분출 유체(210)가 도입된다.The surface of the inner blowing member 332 is also heated by the combustion products. The porous inner spray member 332 can be configured to have appropriate thermal conductivity so that the spray liquid 210 passing through the inner spray member 332 is heated while the porous inner spray member 332 ) Is cooled simultaneously, for example, in the range of about 200 DEG C to about 700 DEG C (and, in some instances, up to about 1,000 DEG C) in the region of the highest combustion temperature, The temperature of the surface of the inner ejection member 332 can be brought to a certain level. The fluid barrier wall or buffer layer 231 formed by the ejection fluid 210 cooperates with the inner ejection member 332 and thus provides an interaction between the inner ejection member 332 and the hot combustion products And the slag or other contaminant particles thus buffer the inner jet member 332 against contact, odor or other damage. It is also contemplated that in this manner, the inner ejection of the combustion product 222 may be controlled to adjust the outlet mixture of the combustion product and the ejection fluid 210 to the outlet portion 222b of the combustion chamber 222 at a temperature between about 400 [deg.] C and about 3,500 [ The ejection fluid 210 is introduced into the combustion chamber 22 through the member 332. [

해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 온도에서 상기 연소실(222)의 상기 유출구 부분(222B)에 대한 상기 분출 유체(210)와 상기 연소 생성물들의 출구 혼합물에 관한 기준이 상기 출구 혼합물의 온도가 상기 연소실(222)의 유출구 부분(222B)의 출구에서 피크가 되는 점을 필수적으로 나타내는 것은 아니라는 점을 이해할 수 있을 것이다. 실제로, 상기 연소기 온도는, 예를 들면, 도 1a에 개략적으로 도시한 바와 같이(y-축을 따라 표시된 상대적인 온도와 상기 유입구 부분 및 상기 유출구 부분 사이의 x-축을 따라 표시된 상기 연소실을 따른 상대적인 위치) 상기 연소실(222)의 상기 유출구 부분(222A)과 상기 유입구 부분(222B) 사이에서 항상 그 길이를 따라 어딘가에서 매우 높은 온도에 도달할 수 있을 것이다. 일반적으로, 상기 연소실(222) 내의 상기 연소 공정을 충분히 빠르게 완료하기 위하여 충분하게 높은 온도를 수득하여, 상기 반응이 상기 출구 혼합물이 상기 연소실(222)을 나가기 전에 완료되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 연소실(222) 내에 상기 피크 온도가 얻어진 후, 일부 예들에 있어서, 상기 출구 혼합물의 온도는 상기 분출 물질/유체(210)로부터의 희석에 의해 하강될 수 있다.Those skilled in the art will be able to determine the temperature of the combustion chamber 222 at a temperature between about 400 [deg.] C and about 3,500 < 0 > C relative to the outlet fluid portion 210 of the combustion chamber 222, It will be appreciated that the reference does not necessarily indicate that the temperature of the outlet mixture will peak at the outlet of the outlet portion 222B of the combustion chamber 222. Indeed, the combustor temperature can be adjusted, for example, as shown schematically in Figure 1A (relative temperature along the y-axis and relative position along the combustion chamber indicated along the x-axis between the inlet portion and the outlet portion) Between the outlet portion 222A of the combustion chamber 222 and the inlet portion 222B will always be able to reach a very high temperature somewhere along its length. In general, it may be desirable to obtain a sufficiently high temperature to complete the combustion process in the combustion chamber 222 sufficiently fast so that the reaction is completed before the outlet mixture exits the combustion chamber 222. After the peak temperature is obtained in the combustion chamber 222, in some instances, the temperature of the outlet mixture may be lowered by dilution from the sparging material / fluid 210.

어떤 측면들에 따르면, 여기에 개시된 바와 같은 연소기 장치(220) 내에 구현되기 위하여 적절한 분출 유체(210)는 상기 동작 유체/연소 생성물들 출구 흐름의 적절한 최종적인 유출구 온도를 생성하도록 상기 연소 생성물들을 희석시킬 수 있는 상기 유체 차단벽/버퍼층(231)을 형성하기 위해 상기 내측 분출 부재(332)를 통해 충분한 양과 압력의 흐름에서 제공될 수 있는 임의의 적절한 유체를 포함할 수 있다. 일부 측면들에 있어서, CO2가 이에 의해 형성된 상기 유체 차단벽/버퍼층이 우수한 절연 성질들뿐만 아니라 바람직한 가시광선과 자외(UV)광 흡수 성질들을 나타내는 적절한 분출 유체(210)가 될 수 있다. 실시될 경우, CO2는 초임계의 유체로서 사용된다. 적절한 분출 유체의 다른 예들은, 예를 들면, H2O 또는 추후의 공정들로부터 재활용되는 냉각된 연소 생성물 가스들을 포함한다. 일부 연료들은, 예를 들면, 동작 동안에 상기 연료 공급원의 주입 이전에 상기 연소실(222) 내에 적절한 동작 온도들과 압력들을 달성하기 위한 상기 연소기 장치의 분출 유체들 시작으로서 사용될 수 있다. 일부 연료들은 또한 상기 연료 공급원으로서 석탄으로부터 생물질로 바뀔 때와 같이 연료 공급원들 사이의 전환 동안 상기 연소기 장치(220)의 동작 온도들과 압력들을 조절하거나 유지하기 위한 상기 분출 유체로서 사용될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 둘 또는 그 이상의 분출 유체들이 사용될 수 있다. 상기 분출 유체(210)는 상기 분출 유체(210)가 상기 유체 차단벽/버퍼층(231)을 형성하는 상기 연소실(222)의 온도 및 압력 조건을 위해 최적화될 수 있다.According to some aspects, a suitable flushing fluid 210 to be implemented in the combustor arrangement 220 as described herein may be used to dilute the combustion products to produce an appropriate final outlet temperature of the operating fluid / Buffer layer 231 which may be provided with a sufficient amount and pressure of flow through the inner fountain member 332 to form the fluid barrier / In some aspects, the fluid barrier wall / buffer layer from which CO 2 is formed thereby can be a suitable flushing fluid 210 that exhibits good insulating properties as well as desirable visible light and ultraviolet (UV) light absorbing properties. When implemented, CO 2 is used as a supercritical fluid. Other examples of suitable blowing fluids include, for example, H 2 O or cooled combustion product gases recycled from subsequent processes. Some fuels may be used, for example, as the beginning of the ejector fluids of the combustor apparatus to achieve appropriate operating temperatures and pressures in the combustion chamber 222 prior to injection of the fuel source during operation. Some fuels may also be used as the ejecting fluid to regulate or maintain operating temperatures and pressures of the combustor apparatus 220 during a transition between fuel sources, such as when the fuel source is changed from coal to biological. In some aspects, two or more ejection fluids may be used. The effluent fluid 210 may be optimized for the temperature and pressure conditions of the combustion chamber 222 in which the effluent fluid 210 forms the fluid barrier / buffer layer 231.

본 발명의 측면들은 이에 따라, 고효율의 연소기 장치(220)와 관련된 동작 유체(236)의 사용을 통해 전력과 같은 동력을 생산하는 장치들과 방법들을 제공한다. 상기 동작 유체(236)는 적절한 유체(254) 및 산화제(242) 그리고 효율적인 연소에 유용할 수 있는 임의의 연관된 물질들과 함께 상기 연소기 장치(220)로 도입된다. 특정한 측면들에 있어서, 상대적으로 높은 온도(예를 들면, 약 1,300℃ 내지 약 5,000℃ 사이의 범위 이내)에서 동작하도록 구성되는 연소기 장치(220)의 구현에서, 상기 동작 유체(236)는 상기 연소기 장치(220)를 나가는 유체 흐름의 온도의 조정을 용이하게 할 수 있으므로 상기 유체 흐름이 발전 목적들을 위해 그로부터 에너지를 추출하여 활용될 수 있다.Aspects of the present invention thus provide devices and methods for producing power such as power through the use of a working fluid 236 associated with a high efficiency combustor device 220. The working fluid 236 is introduced into the combustor apparatus 220 with suitable fluids 254 and oxidant 242 and any associated materials that may be useful for efficient combustion. In certain aspects, in the implementation of the combustor device 220 configured to operate at a relatively high temperature (e.g., within a range between about 1,300 ° C and about 5,000 ° C), the working fluid 236 is directed to the combustor The fluid flow can be utilized to extract energy from it for power generation purposes as it can facilitate adjustment of the temperature of the fluid flow exiting the device 220. [

어떤 측면들에 있어서, 분출 냉각 연소기 장치(220)는, 예를 들면, 대부분의 CO2 및/또는 H2O를 포함하는 순환하는 동작 유체(236)를 사용하는 발전 시스템에 설치될 수 있다. 특정한 일 측면에 있어서, 상기 연소기 장치(220)로 들어가는 상기 동작 유체(236)는 바람직하게는 실질적으로 CO2만을 포함한다. 산화 조건들 하에서 동작하는 상기 연소기 장치(220)에 있어서, 상기 CO2 동작 유체(236)는 상기 연료(254), 산화제(242), 그리고 상기 연료 연소 공정의 임의의 생성물들의 하나 또는 그 이상의 성분들과 혼합될 수 있다. 따라서, 또한 여기서 출구 유체로 언급될 수 있는 상기 동작 유체(236)는 상기 유출구 부분(222B)을 향해 안내되고 상기 연소기 장치(220)를 나가며, 도 1에 도시한 바와 같이, H2O, O2, N2, 아르곤, SO2, SO3, NO, NO2, HCl, Hg 및 상기 연소 공정의 생성물들이 될 수 있는 미량의 다른 성분들(예를 들면, 재(ash) 또는 액화된 재와 같은 미립자들이나 오염물들)과 같은 작은 양의 다른 물질들과 함께 대부분의 CO2(상기 동작 유체가 대부분의 CO2인 예들에 있어서)를 포함할 수 있다. 도 1의 요소(150)를 참조하기 바란다. 환원 조건들 하에서의 상기 연소기 장치(200)의 동작은, 도 1에 요소(175)로 도시한 바와 같이 가능한 성분들, CO2, H2O, H2, CO, NH3, H2S, COS, HCl, N2 및 아르곤을 포함하는 가능한 성분들의 다른 리스트를 갖는 출구 유체 흐름을 야기할 수 있다. 여기서 보다 상세하게 논의하는 바와 같이, 상기 연소기 장치(220)와 연관된 상기 연소 공정은 상기 출구 유체 흐름의 성질이 환원이거나 산화가 될 수 있도록 조절될 수 있으며, 이러한 물질은 특별한 이점들을 제공할 수 있다.In some aspects, the blowout cooling combustor arrangement 220 may be installed in a power generation system that uses a circulating operating fluid 236, including, for example, most CO 2 and / or H 2 O. In a particular aspect, the working fluid 236 entering the combustor apparatus 220 preferably comprises substantially only CO 2 . In the combustor arrangement 220 operating under oxidizing conditions, the CO 2 working fluid 236 may include one or more components of the fuel 254, the oxidizer 242, and any products of the fuel burning process ≪ / RTI > The operating fluid 236, which may also be referred to herein as the outlet fluid, is directed toward the outlet portion 222B and exits the combustor device 220, and is shown as H 2 O, O 2, N 2, Ar, SO 2, SO 3, NO, NO 2, HCl, with Hg and other components of small amount, which may be that the product of the combustion process (for example, material (ash) or liquefied material and Most of the CO 2 (in the case where the working fluid is in most CO 2 ) with a small amount of other materials, such as particulate matter or contaminants. See element 150 in FIG. The operation of the combustor arrangement 200 under reducing conditions is illustrated in Figure 1 as possible components CO 2 , H 2 O, H 2 , CO, NH 3 , H 2 S, COS , it can lead to the exit fluid stream having a different list of possible components, including HCl, N 2 and Ar. As discussed in more detail herein, the combustion process associated with the combustor device 220 may be regulated such that the nature of the outlet fluid flow may be reduced or oxidized, and such materials may provide particular advantages .

특정한 측면들에 있어서, 상기 연소기 장치(220)는 상대적으로 높은 동작 온도에서 연료(254)의 완전한 연소를 제공할 수 있는 고효율의 분출 냉각 연소기 장치로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 약 1,300℃ 내지 약 5,000℃ 사이의 범위. 이러한 연소기 장치(220)는, 일부 예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 냉각 유체들 및/또는 하나 또는 그 이상의 분출 유체들(210)을 구현할 수 있다 상기 연소기 장치(220)와 관련하여, 추가적인 구성 요소들도 설치될 수 있다. 예를 들면, 공기 분리 유닛이 N2 및 O2를 분리하기 위해 제공될 수 있고, 연료 주입기 장치가 상기 공기 분리기 유닛으로부터 O2를 수용하고 상기 O2를 CO2 및/또는 H2O, 그리고 기체, 액체, 초임계의 유체, 또는 고밀도 CO2 유체 내에서 슬러리화된 고상의 미립자 연료를 포함하는 연료 흐름과 결합시키기 위하여 제공될 수 있다.In certain aspects, the combustor device 220 may be configured as a high efficiency blow-out cooling combustor device capable of providing complete combustion of the fuel 254 at relatively high operating temperatures. For example, a range between about 1,300 ° C and about 5,000 ° C. This combustor arrangement 220 may, in some instances, implement one or more cooling fluids and / or one or more blowing fluids 210. With regard to the combustor arrangement 220, additional components Can also be installed. For example, an air separation unit can be provided for separating N 2 and O 2 , and a fuel injector unit can receive O 2 from the air separator unit and convert the O 2 to CO 2 and / or H 2 O, and And may be provided for combining with a fuel stream comprising gas, liquid, supercritical fluid, or solid phase particulate fuel slurried in a dense CO 2 fluid.

다른 측면에 있어서, 상기 분출 냉각 연소기 장치(220)는 상기 연소기 장치(220)의 상기 연소실(222) 내로의 가압된 유체를 주입을 위하여 연료 주입기를 포함할 수 있고, 상기 연료 흐름은 처리된 탄소질 연료(254), 유동화 매체(255)(여기서 설명하는 바와 같이 상기 동작 유체(236)를 포함할 수 있는), 그리고 산소(242)를 포함할 수 있다. 상기 산소(농후화된)(242)와 상기 CO2 동작 유체(236)는 균질의 초임계 혼합물로서 결합될 수 있다. 존재하는 산소의 양은 상기 연소를 연소시키고 원하는 조성을 갖는 연소 생성물들을 생성하기에 충분할 수 있다. 상기 연소기 장치(220)는 또한 상기 연료 흐름뿐만 아니라 연소실(222)을 한정하는 다공성 분출 부재(230)의 벽들을 통해 연소 체적으로 들어가는 분출 유체(210)를 수용하기 위해 고압 및 고온 연소 체적으로 구성된 연소실(222)을 포함할 수 있다. 상기 분출 유체(210)의 공급량은 상기 연소기 장치의 유출구 부분/터빈 유입구 부분 온도를 원하는 값으로 조절 및/또는 상기 분출 부재(230)를 상기 분출 부재(230)를 형성하는 물질에 적합한 온도까지 냉각하는 데 사용될 수 있다. 상기 분출 부재(230)를 통해 안내되는 상기 분출 유체(210)는 상기 연소실(222)을 한정하는 상기 분출 부재(230)의 표면에 유체/버퍼층을 제공하며, 상기 유체/버퍼층은 상기 특정한 연료 연소로부터 유래되는 재 또는 액상의 슬래그의 입자들이 상기 분출 부재(230)의 노출된 벽들과 상호 작용하는 것을 방지할 수 있다.In another aspect, the jet cooling injector device 220 may include a fuel injector for injecting pressurized fluid into the combustion chamber 222 of the combustor device 220, Vaginal fuel 254, fluidizing medium 255 (which may include the working fluid 236 as described herein), and oxygen 242. The oxygen (enriched) 242 and the CO 2 working fluid 236 may be combined as a homogeneous supercritical mixture. The amount of oxygen present may be sufficient to combust the combustion and produce combustion products having the desired composition. The combustor arrangement 220 is also configured with a high pressure and high temperature combustion volume to receive the fuel stream as well as the ejection fluid 210 entering the combustion volume through the walls of the porous ejection member 230 defining the combustion chamber 222 And may include a combustion chamber 222. The supply amount of the blowing fluid 210 may be adjusted by adjusting the temperature of the outlet portion / turbine inlet portion of the combustor device to a desired value and / or cooling the blowing member 230 to a temperature suitable for the material forming the blowing member 230 Can be used. The ejection fluid 210 guided through the ejection member 230 provides a fluid / buffer layer on the surface of the ejection member 230 defining the combustion chamber 222 and the fluid / The particles of the ash or liquid slag derived from the spraying member 230 can be prevented from interacting with the exposed walls of the spraying member 230.

고효율 연소기 장치의 측면들은 또한, 예를 들면, 다양한 등급들과 유형들의 석탄, 나무, 오일, 연료 오일, 천연 가스, 석탄계 연료 가스, 타르 샌드들(tar sands)로부터의 타르, 역청, 바이오-연료, 생물질, 조류, 그리고 분류된 가연성 고상 폐기물 쓰레기를 포함하는 다양한 연료 공급원들로 동작하도록 구성될 수 있다. 특히, 석탄 분말 또는 미립자의 고체가 사용될 수 있다. 비록 예시적인 석탄을 연소시키는 연소기 장치(220)가 여기에 개시되지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 연소기 장치(220) 내에 사용되는 연료가 특정한 석탄 등급에 제한되는 않는 점을 이해할 수 있을 것이다. 더욱이, 여기에 개시된 상기 순산소 연소기 장치에 의해 유지되는 고압들과 고온들 때문에, 석탄, 역청(타르 샌드들로부터 파생되는 역청을 포함하여), 타르, 아스팔트, 폐타이어들, 연료 오일, 디젤, 가솔린, 제트 연료(JP-5, JP-4), 천연 가스, 탄화수소 물질의 가스화 또는 열분해로부터 파생되는 가스들, 에탄올, 고상 및 액상의 바이오 연료들, 생물질, 조류, 그리고 처리된 고상 쓰레기 또는 폐기물을 포함하는 폭넓게 다양한 연료 형태들이 실행될 수 있다. 이러한 연료들은 모두 충분한 속도들과 상기 연소실(222) 내의 압력 이상의 압력들에서 상기 연소실(222) 내로의 주입이 가능하도록 적절하게 처리된다. 이러한 연료들은 주위 온도에서 또는 상승된 온도(예를 들면, 약 38℃ 내지 약425℃ 사이)에서 적절한 유동성과 점성을 갖는 액체, 슬러리, 겔(gel) 또는 페이스트(paste) 형태로 될 수 있다. 임의의 고체상의 연료 물질들은 적절하게 입자들의 크기를 감소시키도록 분쇄되거나 절단되거나 그렇지 않으면 처리된다. 유동화 또는 슬러리화 매체가 적절한 형상의 구현과 고압 펌핑을 위한 흐름 요구 사항들을 만족시키도록 필요한 경우에 첨가될 수 있다. 물론, 유동화 매체는 상기 연료의 형태(즉, 액체 또는 기체)에 따라 필요하지 않을 수 있다. 마찬가지로, 상기 순환하는 동작 유체는, 일부 측면들에 있어서, 상기 유동화 매체로서 사용될 수 있다.The aspects of the high-efficiency combustor arrangement may also be used for the production of various types and types of coal, wood, oil, fuel oil, natural gas, coal-based fuel gas, tar from tar sands, bitumen, , Biomass, algae, and classified combustible solid state waste wastes. In particular, coal powders or solids of particulate matter may be used. Although an exemplary coal burner apparatus 220 is disclosed herein, one of ordinary skill in the art will appreciate that the fuel used in the combustor apparatus 220 is not limited to a particular coal grade There will be. Moreover, owing to the high pressures and high temperatures maintained by the oxy-fuel combustor arrangement disclosed herein, the use of coal, bitumen (including bitumen derived from tar sands), tar, asphalt, waste tires, fuel oil, Gas derived from the gasification or pyrolysis of gasoline, jet fuel (JP-5, JP-4), natural gas, hydrocarbon material, ethanol, solid and liquid biofuels, biomass, algae, A wide variety of fuel forms can be implemented including waste. All of these fuels are suitably treated to permit injection into the combustion chamber 222 at sufficient velocities and pressures above the pressure in the combustion chamber 222. These fuels may be in the form of a liquid, slurry, gel, or paste having suitable fluidity and viscosity at ambient temperature or at elevated temperature (e.g., between about 38 ° C and about 425 ° C). Any solid fuel materials are pulverized, cut or otherwise treated to reduce the size of the particles as appropriate. Fluidized or slurried media may be added where necessary to achieve the proper configuration and to meet flow requirements for high pressure pumping. Of course, the fluidizing medium may not be required depending on the type of fuel (i.e., liquid or gas). Likewise, the circulating operating fluid may be used as the fluidizing medium, in some aspects.

일부 측면들에 있어서, 상기 연소실(222)은 약 1,300℃ 내지 약 5,000℃ 사이의 연소 온도를 지속시키도록 구성된다. 상기 연소실(222)은 또한 상기 연료 흐름(및 상기 동작 유체(236))이 연소가 일어나는 압력보다 큰 압력에서 상기 연소실(222) 내로 주입되거나 그렇지 않으면 도입되도록 구성될 수 있다. 석탄 미립자가 상기 탄소질 연료인 경우, 상기 석탄 입자들은 펌핑 가능한 슬러리를 형성하도록 액체 CO2 또는 물을 분쇄된 고체상의 연료와 혼합함에 의해 초임계의 CO2 유체 또는 물 내에서 슬러리화 될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 액체 CO2는, 예를 들면, 약 450㎏/m3 내지 약 1100㎏/m3 사이의 범위의 밀도를 가질 수 있으며, 상기 고체상의 연료의 질량 분율(mass fraction)은 약 25% 내지 약 95% 사이의 범위(예를 들면, 약 25 중량% 내지 약 55 중량% 사이)가 될 수 있다. 선택적으로, O2의 양은 상기 연소 생성물들의 원하는 조성을 생성하도록 연소되기에 충분하게 석탄/CO2 슬러리와 혼합될 수 있다. 선택적으로, 상기 O2는 상기 연소실(222) 내로 별도로 주입될 수 있다. 상기 연소기 장치(220)는 상기 연소실(222)을 한정하는 상기 분출 부재(230)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 격납 부재(338)를 포함할 수 있으며, 절연 부재(339)가 상기 격납 부재(338)와 상기 분출 부재(230) 사이에 배치될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 물-순환 재킷들(337)을 한정하는 재킷 수냉 시스템과 같은 열 제거 장치(350)는 상기 격납 부재(338)에 체결될 수 있다(즉, 상기 연소기 장치(220)의 "껍질(shell)"을 형성하는 격납 부재(338)에 대해 외부로). 상기 연소기 장치(220)의 상기 분출 부재(230)와 함께 설치되는 상기 분출 유체(210)는, 예를 들면, 미소한 양들의 H2O 및/또는 N2 또는 아르곤과 같은 불활성 기체와 혼합된 CO2가 될 수 있다. 상기 분출 부재(230)는, 예를 들면, 다공성 금속, 세라믹, 복합체 매트릭스, 층상의 매니폴드(manifold), 임의의 다른 적절한 구조, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 연소실(222) 내의 연소는 고압 및 고온의 출구 유체 흐름을 생성할 수 있으며, 이는 후속하여 이에 관계되는 팽창을 위하여 터빈과 같은 분말-생성 장치로 안내될 수 있다.In some aspects, the combustion chamber 222 is configured to sustain a combustion temperature between about 1,300 ° C and about 5,000 ° C. The combustion chamber 222 may also be configured to inject or otherwise introduce the fuel flow (and the working fluid 236) into the combustion chamber 222 at a pressure greater than the pressure at which combustion occurs. When the coal particulate is the carbonaceous fuel, the coal particles can be slurried in supercritical CO 2 fluid or water by mixing liquid CO 2 or water with the ground solid fuel to form a pumpable slurry . In such instances, the liquid CO 2 is, for example, about 450㎏ / m 3 to may have a density in the range of between about 1100㎏ / m 3, the mass fraction of said solid fuel (mass fraction) is To about 25% to about 95% (e.g., between about 25% to about 55% by weight). Alternatively, the amount of O 2 may be mixed with the coal / CO 2 slurry sufficiently to burn to produce the desired composition of the combustion products. Optionally, the O 2 may be injected separately into the combustion chamber 222. The combustor arrangement 220 may include a containment member 338 at least partially surrounding the spout member 230 defining the combustion chamber 222 and an insulating member 339 may be disposed on the containment member 338, And the spraying member (230). In some instances, a heat removal device 350, such as a jacket water cooling system that defines water-circulating jackets 337, may be fastened to the containment member 338 (i.e., Quot; shell ").≪ / RTI > The ejection fluid 210 installed with the ejection member 230 of the combustor device 220 may be mixed with an inert gas such as, for example, minute quantities of H 2 O and / or N 2 or argon CO 2 . The ejection member 230 may include, for example, a porous metal, a ceramic, a composite matrix, a layered manifold, any other suitable structure, or combinations thereof. In some aspects, the combustion in the combustion chamber 222 may produce high pressure and high temperature outlet fluid flow, which may subsequently be directed to a powder-producing device, such as a turbine, for its associated expansion.

도 1에 예시한 장치 측면들에 대하여, 상기 연소기 장치(220)는 약 355bar의 압력에서 상기 산소(242)를 수용하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 미립자의 고체상의 연료(예를 들면, 분말화된 석탄)(254)와 상기 유동화 유체(예를 들면, 액체 CO2)(255)도 약 355bar의 압력에서 수용될 수 있다. 이와 유사하게, 상기 동작 유체(예를 들면, 가열된, 고압의, 재활용 가능한 CO2 유체)(236)는 약 355bar의 압력 및 약 835℃의 온도에서 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명의 측면들에 따르면, 상기 연료 혼합물(연료, 유동화 유체, 산소, 그리고 동작 유체)은 약 40bar 내지 약 500bar 사이의 압력에서 상기 연소실(222)의 상기 유입구 부분(222A)으로 수용될 수 있다. 여기서 설명하는 바와 같이, 상기 연소기 장치(220)의 측면들에 의한 상대적으로 높은 압력들은 최소의 부피로 상대적으로 높은 밀도까지 생성되는 에너지를 농축시키는 기능을 수행할 수 있으며, 본질적으로 상대적으로 높은 에너지 밀도를 야기할 수 있다. 상기 상대적으로 높은 에너지 밀도는 낮은 압력들에 비해 보다 효율적인 방식으로 이러한 에너지의 처리를 수행하는 후속하는 공정들을 가능하게 하며, 이에 따라 상기 기술을 위한 실현 가능 요소들을 제공한다. 본 발명의 측면들은 이에 따라 현존하는 발전소들보다 차원이 큰 에너지 밀도(즉, 10-100 폴드(fold)에 의한)를 제공할 수 있다. 보다 높은 에너지 밀도는 상기 공정의 효율을 향상시키지만, 또한 열에너지로부터 전기로의 에너지 변환의 수행에 필요한 장비의 비용을 상기 장비의 크기와 질량을 감소시키고 이에 따른 장비의 비용을 감소시킴으로써 상기 장비의 비용을 절감시킨다.1, the combustor arrangement 220 may be configured to receive the oxygen 242 at a pressure of about 355 bar. Also, the particulate solid fuel (e.g., powdered coal) 254 and the fluidizing fluid (e.g., liquid CO 2 ) 255 may be received at a pressure of about 355 bar. Similarly, the working fluid (e.g., heated, high pressure, recyclable CO 2 fluid) 236 may be provided at a pressure of about 355 bar and a temperature of about 835 ° C. However, according to aspects of the present invention, the fuel mixture (fuel, fluidizing fluid, oxygen, and working fluid) is received in the inlet portion 222A of the combustion chamber 222 at a pressure between about 40 bar to about 500 bar . As described herein, the relatively high pressures due to the sides of the combustor arrangement 220 can serve to concentrate the energy generated to a relatively high density with a minimum volume, and essentially a relatively high energy < RTI ID = 0.0 > It can cause density. The relatively high energy density enables subsequent processes to perform the processing of this energy in a more efficient manner relative to lower pressures, thereby providing feasible elements for the technique. Aspects of the present invention can thus provide a greater energy density (i.e., by 10-100 folds) than existing power plants. Higher energy densities improve the efficiency of the process but also reduce the cost of the equipment required to perform the energy conversion of the electric furnace from thermal energy to reduce the size and mass of the equipment and thereby reduce the cost of the equipment. .

구현되는 경우, 상기 CO2 삼중점 압력 및 상기 CO2 임계 압력 사이의 임의의 압력에서 액체인 상기 CO2 유동화 유체(255)는 질량 또는 다른 질량 비율로 약 55% CO2 및 약 45% 분말화된 석탄의 비율로 혼합물을 형성하도록 상기 분말화된 석탄 연료(254)와 혼합되어, 결과적인 슬러리가 전술한 약 355bar의 압력에서 상기 연소실(222)로 적절한 펌프에 의해 펌핑(유체 슬러리로서)될 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 상기 CO2 및 분말화된 석탄은 펌핑 이전에 약 13bar의 압력에서 혼합될 수 있다. 상기 O2 흐름(242)은 상기 재활용된 CO2 동작 유체 흐름(236)과 혼합되고 이러한 결합은 이후에 상기 분말화된 석탄/CO2 슬러리와 혼합되어 단일 유체 혼합물을 형성한다. 석탄에 대한 O2의 비율은 과잉 O2의 추가적인 1%로 상기 석탄의 연소를 완료하도록 충분하게 선택될 수 있다. 다른 측면에 있어서, O2의 양은 상기 석탄의 일부가 실질적으로 균일하게 산화되는 반면 다른 부분은 부분적으로만 산화될 수 있도록 선택될 수 있으며, 환원되고 일부 H2+CO+CH4를 포함하는 유체 혼합물을 야기한다. 이와 같은 방식에 있어서, 필요한 경우나 원하는 경우에 따라 일부 O2 주입과 제1 및 제2 단계들 사이에서 재가열로 상기 연소 생성물들의 2 단계 팽창이 수행될 수 있다. 또한, 상기 연료(석탄)가 상기 제1 단계(즉, 약 400℃ 내지 약 1,000℃ 사이의 온도에서의 제1 연소실)에서 단지 부분적으로 산화되기 때문에, 상기 제1 단계를 떠나는 탄소질 연료 내의 임의의 불연성 성분들은 상기 연소 생성물 내에 고체상의 미립자들로서 형성된다. 예를 들면, 와류형 및/또는 캔들(candle) 필터들에 의해 상기 고체 미립자들을 여과함에 따라, 상기 탄소질 연료는 이후에 약 1,300℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 최종적인 연소 생성물 온도를 생성하도록 제2 단계(즉, 제2 연소실)에서 실질적으로 완전히 산화될 수 있다.When implemented, the CO 2 fluidizing fluid 255, which is liquid at any pressure between the CO 2 triple point pressure and the CO 2 critical pressure, is approximately 55% CO 2 and approximately 45% pulverized in mass or other mass proportions Coal is mixed with the powdered coal fuel 254 to form a mixture at a ratio of coal so that the resultant slurry can be pumped (as a fluid slurry) into the combustion chamber 222 by a suitable pump at a pressure of about 355 bar as described above have. In some aspects, the CO 2 and the pulverized coal may be mixed at a pressure of about 13 bar prior to pumping. The O 2 stream 242 is mixed with the recycled CO 2 working fluid stream 236 and this combination is then mixed with the pulverized coal / CO 2 slurry to form a single fluid mixture. The ratio of O 2 to the coal can be sufficiently selected to complete the combustion of the coal with an additional 1% of excess O 2. In another aspect, the amount of O 2, while part of the coal are substantially uniformly oxidized with the other parts can be selected such that only partially be oxidized, it is reduced cause the fluid mixture comprising a portion H 2 + CO + CH 4 do. In this manner, a two stage expansion of the combustion products may be performed with some O 2 injection and reheat between the first and second stages, as needed or desired. Also, since the fuel (coal) is only partially oxidized in the first step (i.e., the first combustion chamber at a temperature between about 400 ° C. and about 1,000 ° C.), any Are formed as solid particulates in the combustion products. For example, as the solid particulates are filtered by vortex-type and / or candle filters, the carbonaceous fuel is thereafter filtered to produce a final combustion product temperature of between about 1,300 ° C and about 3,500 ° C Can be substantially completely oxidized in the second stage (i.e., the second combustion chamber).

다른 측면들에 있어서, 상기 연료 혼합물을 통한 상기 연소실(222) 내에 존재하는 CO2의 양은, 비록 상기 연소 온도는 약 1,300℃ 내지 약 5,000℃ 사이의 범위가 될 수 있지만, 약 2,400℃의 연소 온도(단열적이거나 그렇지 않은)를 구현하도록 충분하게 선택된다. 일 측면에 있어서, 연료 혼합물의 자동 점화 온도 아래의 결과 온도에서 O2+석탄 슬러리+가열된 재활용 CO2의 연료 혼합물이 제공된다. 나타낸 조건들을 달성하기 위하여, 상기 고체상의 탄소질 연료(예를 들면, 석탄)가, 예를 들면, 석탄 밀(mill) 내에서 상기 고체상의 석탄을 분쇄함에 의해 바람직하게는 약 50 미크론 내지 약 200 미크론 사이의 평균 입자 크기로 제공된다. 이러한 분쇄 공정은 약 50 미크론 아래의 입자들의 최소 질량 비율을 제공하도록 구성된 밀 내에서 수행될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 상기 연소 공정에서 액상의 슬래그 방울들을 형성하도록 액화되는 그 내의 임의의 불연성의 성분들은 직경이 10 미크론 보다 클 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 약 400℃의 온도에서 상기 CO2+O2+분말화된 석탄 슬러리를 포함하는 상기 연료 혼합물은 약 355bar의 압력에서 상기 연소실(222) 내로 안내될 수 있으며, 상기 연소실(222) 내의 연소에서 알짜 압력(net pressure)은 약 354bar 정도가 될 수 있다. 상기 연소실(222) 내의 온도는 약 1,300℃ 내지 약 5,000℃ 사이의 범위일 수 있으며, 일부 바람직한 측면들에 있어서, 단일의 연소 단계만이 실시된다.In other aspects, the amount of CO 2 present in the combustion chamber 222 through the fuel mixture may range from about 1,300 ° C to about 5,000 ° C, although the combustion temperature may range from about 2,400 ° C (Adiabatic or otherwise). In one aspect, a fuel mixture of O 2 + coal slurry + heated recycled CO 2 is provided at a resulting temperature below the auto-ignition temperature of the fuel mixture. In order to achieve the conditions indicated, the solid carbonaceous fuel (e.g. coal) is preferably calcined by pulverizing the solid coal in a coal mill, for example, from about 50 microns to about 200 Lt; RTI ID = 0.0 > micron. ≪ / RTI > This milling process may be performed in a mill configured to provide a minimum mass ratio of particles below about 50 microns. In this manner, any nonflammable components within it that are liquefied to form liquid slag droplets in the combustion process may be greater than 10 microns in diameter. In some aspects, the fuel mixture comprising the CO 2 + O 2 + powdered coal slurry at a temperature of about 400 ° C may be conducted into the combustion chamber 222 at a pressure of about 355 bar, ), The net pressure at the combustion can be about 354 bar. The temperature in the combustion chamber 222 may range from about 1,300 ° C to about 5,000 ° C, and in some preferred aspects, only a single combustion step is performed.

연소기 장치(220)의 일 예에 있어서, 여기서 설명하는 바와 같이, 500MW 알짜 전력 시스템은 다음 조건들 하에서 약 58%의 효율(보다 낮은 가열 값 기준)에서 CH4 연료로 동작하도록 구성될 수 있다.In one example of the combustor unit (220),, 500MW net power system as described herein may be configured to operate under the following conditions in about 58% efficiency (lower heating value basis) in CH 4 fuel.

연소 압력:350 기압Combustion pressure: 350 atm

연료 유입량:862MW Fuel inflow: 862MW

연료 흐름:17.2㎏/초Fuel flow: 17.2 kg / s

산소 흐름:69.5㎏/초Oxygen flow: 69.5 kg / s

CH4 및 O2는 CO2 동작 유체의 155㎏/초와 혼합되고, 2,400℃ 정도의 단열 온도에서 CO2, H2O 및 일부 과잉 O2를 포함하는 출구 연료 흐름을 형성하도록 연소된다. 상기 연소실은 약 1m의 내측 직경과 약 5m의 길이를 가질 수 있다. 약 600℃의 온도에서 CO2의 395㎏/초의 흐름이 약 2.5㎝ 두께의 상기 분출 부재를 향해 안내되고, 상기 분출 부재를 통해 안내된다. 이러한 CO2는 상기 연소실 내의 연소의 방사로부터 상기 분출 부재까지를 개시하는 상기 분출 부재를 통해 전도되는 열로부터 대류로 가열된다.CH 4 and O 2 are mixed with 155 kg / s of CO 2 working fluid and burned at an adiabatic temperature of about 2,400 ° C to form an outlet fuel flow comprising CO 2 , H 2 O and some excess O 2 . The combustion chamber may have an inner diameter of about 1 m and a length of about 5 m. At a temperature of about 600 캜, a flow of 395 kg / second of CO 2 is guided towards the jetting member of about 2.5 cm thickness and guided through the jetting member. This CO 2 is heated to convection from the heat conducted through the ejection member which initiates from the emission of combustion in the combustion chamber to the ejection member.

상기 연소실을 한정하는 그 내측 표면에 대하여, 상기 분출 부재 표면 온도는 약 1,000℃ 정도가 될 수 있는 반면, 636.7㎏/초의 상기 출구 유체 흐름은 약 1,350℃의 온도가 될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 연소 생성물들의 연소와 희석을 위한 평균 체류 시간은 약 1.25초이다. 또한, 상기 분출 부재를 통해 상기 연소실 내로 들어가는 상기 분출 유체의 평균 방사형 내측 속도는 대략 0.15m/s이다.With respect to the inner surface defining the combustion chamber, the surface temperature of the ejector member may be about 1,000 degrees Celsius, while the outlet fluid flow at 636.7 kilograms per second may be a temperature of about 1,350 degrees Celsius. In these examples, the average residence time for combustion and dilution of the combustion products is about 1.25 seconds. Further, the average radial inner velocity of the ejected fluid entering the combustion chamber through the ejection member is approximately 0.15 m / s.

석탄-연료 연소기 장치들을 위한 예들의 변형은 약 2.0초의 연소실 내의 상기 연소 생성물들의 연소와 희석을 위한 평균 체류 시간, 그리고 약 1m의 내측 직경을 갖는 약 8m의 연소실 길이를 갖는 구성을 야기한다. 상기 희석(분출) 유체로서 CO2를 갖는 시스템의 알짜 효율(net efficiency)은 이에 따라 약 54%(보다 낮은 가열 값 기준)이다. 이러한 예들에 있어서, 상기 분출 유체의 방사상의 내측 속도는 약 0.07m/s 정도가 될 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 도 5는 상기 분출 부재를 향해 이로부터 약 1㎜의 거리로부터 약 50m/s에서 방사상으로 외측으로 투영되는 50 미크론 직경의 액상 슬래그 입자의 개략적인 궤적을 나타낸다. 예시한 바와 같이, 상기 입자는 상기 분출 부재를 통한 상기 분출 유체에 의한 상기 출구 유체 흐름 내로 돌아가기 전에 상기 분출 부재로부터 최소 0.19㎜에 도달할 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 분출 부재를 통한 상기 분출 유체 흐름은 상기 분출 부재와 상기 연소 공정으로부터 유래되는 액상의 슬래그 입자들 사이의 상호 작용을 효과적으로 완충시킨다. Modifications of the examples for coal-fuel combustor devices result in a configuration with an average residence time for combustion and dilution of the combustion products in the combustion chamber of about 2.0 seconds, and a combustion chamber length of about 8 meters with an inner diameter of about 1 m. The net efficiency of the system with CO 2 as the diluting fluid is thus about 54% (based on a lower heating value). In these examples, the radially inner velocity of the ejecting fluid may be on the order of about 0.07 m / s. Under these conditions, Figure 5 shows a schematic trajectory of a 50 micron diameter liquid slag particle projected radially outward at about 50 m / s from a distance of about 1 mm therefrom toward the jetting member. As illustrated, the particles may reach a minimum of 0.19 mm from the ejection member before returning into the exit fluid flow by the ejecting fluid through the ejection member. In these instances, the flow of the gushing fluid through the gushing member effectively buffers the interaction between the gushing member and the liquid slag particles derived from the combustion process.

개시된 연소기 장치의 측면들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 이해될 수 있는 바와 같이, 관련된 방법들을 이용하여 적절한 발전 시스템들에 구현될 수 있다. 예를 들면, 이러한 전력 생산 시스템은 연료(그리고 선택적으로 유동 매체), 산화제, 그리고 CO2 동작 유체를 제공하는 하나 또는 그 이상의 주입기들; 여기서 설명하는 바와 같이 상기 연료 혼합물을 연소시키고 출구 유체 흐름을 제공하는 적어도 하나의 연소 단계를 갖는 분출 냉각 연소기 장치를 포함할 수 있다. 변환 장치(transformation apparatus)(예를 들면, 도 6의 요소(500) 참조) 상기 출구 유체 흐름(연소 생성물과 동작 유체)을 수용하고, 상기 출구 유체 흐름에 반응하여 그와 연관된 열에너지를 운동 에너지로 변환하도록 구성될 수 있으며, 상기 변환 장치는, 예를 들면, 유입구와 유출구를 갖는 발전 터빈을 구비할 수 있고 전력이 상기 출구 유체 흐름이 팽창함에 따라 생성된다. 보다 상세하게는, 상기 터빈은 상기 유입구와 상기 유출구 사이에서 원하는 압력 비율로 상기 출구 유체 흐름을 유지하도록 구성될 수 있다. 발전기 장치(예를 들면, 도 6의 요소(550) 참조)도 상기 터빈의 운동 에너지를 전기로 변환하도록 구성된다. 즉, 상기 출구 유체 흐름은 이후에 전력으로 변환될 수 있는 축 동력을 생성하도록 높은 압력으로부터 낮은 압력까지 팽창할 수 있다. 열 교환기는 상기 터빈 유출구로부터 상기 출구 유체 흐름을 냉각시키기 위하여 및 상기 연소기 장치로 들어가는 상기 CO2 동작 유체를 가열하기 위하여 제공될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 장치들이 또한 상기 열 교환기를 나오는 상기 출구 유체 흐름을 순수한 CO2 및 회수 또는 폐기를 위하여 하나 또는 그 이상의 다른 성분들로 분리하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 시스템은 또한 상기 정제된 CO2를 압축시키기 위해, 그리고 나머지 부분이 상기 열 교환기에 의해 가열되는 상기 동작 유체로서 재활용되는 상기 출구 유체 흐름으로부터 분리된 CO2의 적어도 일부를 가압된 파이프라인 내로 전송하기 위하여 하나 또는 그 이상의 장치들을 포함할 수 있다. 그러나 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 비록 본 발명이, 일부 실시예들에 있어서, 상기 출구 유체 흐름의 직접 구현을 수반할지라도, 상기 상대적으로 고온의 출구 유체 흐름이 간접적으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 상기 출구 유체 흐름은 열 교환기 내로 안내될 수 있으며, 이와 관련된 열에너지가 제2 동작 유체 흐름을 가열하는 데 사용되고, 가열된 제2 동작 유체 흐름이 이후에 전력을 발생시키는 변형 장치(예를 들면, 터빈)로 안내된다. 또한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 많은 다른 이러한 장치들이 본 발명의 범주 내에 속할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Aspects of the disclosed combustor apparatus may be implemented in suitable power generation systems using related methods, as may be well understood by those skilled in the art. For example, such a power generation system may include one or more injectors that provide fuel (and optionally a flow medium), an oxidant, and a CO 2 working fluid; And may include an ejection cooled combustor device having at least one combustion stage for burning the fuel mixture and providing outlet fluid flow as described herein. (Eg, the element 500 of FIG. 6) receives the exit fluid stream (combustion product and motion fluid), and in response to the exit fluid stream, the thermal energy associated therewith as kinetic energy The conversion device may comprise, for example, a power generation turbine having an inlet and an outlet, and power is generated as the outlet fluid flow expands. More particularly, the turbine may be configured to maintain the outlet fluid flow at a desired pressure ratio between the inlet and the outlet. A generator device (e.g., see element 550 of FIG. 6) is also configured to convert the kinetic energy of the turbine into electricity. That is, the outlet fluid flow may expand from a high pressure to a low pressure to produce an axial force that can then be converted to electric power. A heat exchanger may be provided to cool the outlet fluid flow from the turbine outlet and to heat the CO 2 working fluid entering the combustor apparatus. One or more devices may also be provided for separating the outlet fluid stream exiting the heat exchanger into pure CO 2 and one or more other components for recovery or disposal. This system also transmits at least a portion of the CO 2 separated from the outlet fluid stream to compress the purified CO 2 and the remainder as the working fluid heated by the heat exchanger into the pressurized pipeline One or more devices. However, those of ordinary skill in the art will recognize that although the present invention, in some embodiments, involves a direct implementation of the outlet fluid flow, the relatively hot outlet fluid flow may be implemented indirectly It can be understood that. That is, the outlet fluid flow can be guided into the heat exchanger, the associated thermal energy is used to heat the second working fluid stream, and the heated second working fluid stream is then transformed (e.g., , Turbine). It will also be appreciated by those of ordinary skill in the art that many other such devices may fall within the scope of the present invention.

본 발명의 특정한 측면들에 있어서, 상기 탄소질 연료의 조성물은 불연성 성분들(즉, 오염물들)이 그 내에 포함될 수 있고, 상기 연소 공정에 이어서 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름에 잔류할 수 있는 것이다. 이는 상기 탄소질 연료가 석탄과 같은 고체일 경우가 될 수 있다. 이러한 측면들에 있어서, 상기 출구 유체흐름의 직접적인 구현은 상기 출구 유체 흐름이 이에 대해 보내질 경우에 추후의 변형 장치(터빈) 상에 이러한 불연성 성분들 또는 다른 손상을 강화시키는 결과를 가져올 수 있다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 액체 또는 기체(즉, 천연 가스)와 같은 탄소질 연료의 다른 형태들이 구현될 때에 이러한 불연성 성분들이 필수적으로 존재하지는 않는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 고체 탄소질 연료 공급원과 상기 출구 유체 흐름 및 상기 변형 장치 사이의 직접적인 상호 작용이 구현되는 측면들에 있어서, 상기 전력 시스템(연소기 장치와 변환 장치)은 상기 연소기 장치와 상기 변환 장치 사이에 배치되는 분리기 장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 분리기 장치는, 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름이 상기 변환 장치로 안내되기 이전에, 이에 따라 수용된 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름으로부터 액화된 불연성 성분들을 실질적으로 제거하도록 구성될 수 있다. 또한, 분리기 장치를 설치하는 측면들에 있어서, 개시된 분출 물질은 상기 분리기 장치의 이전 및 추후에 모두 도입될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 분출 물질은, 상기 불연성 성분들의 액화 온도 이상에서 상기 분리기 장치로 들어가는 상기 분출 물질과 상기 연소 생성물들의 혼합물을 조절하기 위하여, 상기 분출 부재와 상기 분리기 장치의 이전을 경유해 상기 연소실로 먼저 도입될 수 있다. 상기 분리기 장치에 후속하여, 분출 물질 전달 장치(예를 들면, 도 6의 요소(475) 참조)는, 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 온도에서 상기 변환 장치로 들어가는 상기 분출 물질과 상기 연소 생성물들의 혼합물을 조절하기 위하여 상기 분출 물질을 상기 분리기 장치를 떠나는 이로부터 액화된 불연성 성분들이 실질적으로 제거된 상기 연소 생성물들에 전달하도록 구성될 수 있다.In certain aspects of the present invention, the composition of the carbonaceous fuel may include combustible components / contaminants that may be contained in the combustible components (i. E., Contaminants) therein and which remain in the combustion products / will be. This may be the case when the carbonaceous fuel is a solid such as coal. In these aspects, a direct implementation of the outlet fluid flow may result in strengthening such non-combustible components or other damage on subsequent deformation devices (turbines) when the outlet fluid flow is directed thereto. Those of ordinary skill in the art will also appreciate that these nonflammable components are not necessarily present when other forms of carbonaceous fuel such as liquid or gaseous (i.e., natural gas) are implemented. Thus, in aspects in which direct interaction between the solid carbonaceous fuel source and the outlet fluid flow and the deformation device is realized, the power system (combustor device and converter device) is arranged between the combustor device and the converter device The separator device may further comprise a separator device. In these examples, the separator device is configured to substantially remove liquefied combustible components from the combustion products / outlet fluid stream thus received before the combustion products / outlet fluid flow is directed to the conversion device . Further, in aspects for installing the separator device, the disclosed ejection material may be introduced both before and after the separator device. More particularly, the blown material is introduced into the separator device via a transfer of the blowing member and the separator device to regulate a mixture of the blown material and the combustion products entering the separator device at or above the liquefaction temperature of the non- Can be introduced first into the combustion chamber. Following the separator device, an ejection mass transfer device (see, for example, element 475 of FIG. 6) is configured to transfer the ejected material entering the conversion device at a temperature between about 400 [deg.] C and about 3,500 [ The combustible products from which the liquefied nonflammable components have been substantially removed from leaving the separator device to control the mixture of combustible products.

전술한 바와 같이, 상기 연소기 장치의 측면들은 상기 연소 공정 동안에 액화되는 상기 고체상의 탄소질 연료 내의 불연성 성분들을 야기하는 연소 온도를 구현할 수 있는 능력을 구비할 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 액화된 불연성 성분들을 제거하기 위한 설비들은, 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이 사이클론 분리기(cyclonic separator)와 같은 분리기 장치(340)와 같이 적용될 수 있다. 통상적으로, 본 발명에 의해 구현되는 이러한 사이클론 분리기 장치의 측면들은, 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름 및 이에 관련된 상기 액화된 불연성 성분들을 수용하도록 구성된 유입구 원심 분리기 장치(100A)와 그로부터 실질적으로 제거되는 상기 액화된 불연성 성분들을 갖는 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름을 배출하도록 구성된 유출구 원심 분리기 장치(100B)를 포함하는 복수의 연속적으로 정렬된 원심 분리기 장치들(100)을 구비할 수 있다. 각각의 원심 분리기 장치(100)는 중앙 수집 파이프(2)에 대해 평행하게 동작 가능하게 정렬된 복수의 원심 분리기 요소들 또는 사이클론들(1)을 포함하며, 각각의 원심 분리 요소/사이클론(2)은 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름으로부터 상기 액화된 불연성 성분들의 적어도 일부를 제거하고, 상기 액화된 불연성 성분들의 상기 제거된 부분을 배수조(sump)(20)로 안내하도록 구성된다. 이러한 분리기 장치(340)는 상승된 압력에서 동작하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 상기 원심 분리기 장치와 상기 배수조를 수납하도록 구성되는 가압(pressure-containing) 하우징(125)을 더 포함할 수 있다. 이러한 측면들에 따르면, 상기 가압 하우징(125)은 상기 연소기 장치(220)도 둘러싸는 상기 격납 부재(338)의 연장부가 될 수 있거나, 상기 가압 하우징(125)은 상기 연소기 장치(220)와 관련된 상기 격납 부재(338)를 체결할 수 있는 분리기 부재가 될 수 있다. 어느 하나의 예에 있어서, 상기 출구 유체 흐름을 경유한 상기 분리기 장치(340)에 의해 경험되는 상승된 온도로 인하여, 상기 가압 하우징(125)은 또한 내부에 순환하는 액체를 갖는 열전달 재킷(도시되지 않음)과 같은 그로부터의 열의 제거를 위하여 이에 동작 가능하게 체결되는 열-분산(heat-dispersion) 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 측면들에 있어서, 열 회수 장치(도시되지 않음)는 상기 열전달 재킷에 동작 가능하게 체결될 수 있으며, 상기 열 회수 장치는 상기 열전달 재킷 내에 순환하는 액체를 수용하고 상기 액체로부터 열에너지를 회수하도록 구성될 수 있다.As discussed above, the sides of the combustor device may have the ability to implement a combustion temperature that causes incombustible components in the solid carbonaceous fuel to be liquefied during the combustion process. In these examples, the facilities for removing the liquefied nonflammable components can be applied, for example, as a separator device 340, such as a cyclonic separator, as shown in FIG. Typically, aspects of such a cyclone separator device as embodied by the present invention include an inlet centrifuge device 100A configured to receive the combustion products / outlet fluid flow and the liquefied non-combustible components associated therewith, And an outlet centrifuge device (100B) configured to discharge the combustion products / outlet fluid flow with the liquefied nonflammable components. Each centrifuge device 100 includes a plurality of centrifugal elements or cyclones 1 that are operatively aligned in parallel relative to the central collection pipe 2 and each centrifugal element / Is configured to remove at least a portion of the liquefied incombustible components from the combustion products / exit fluid stream and to direct the removed portion of the liquefied incombustible components to a sump (20). The separator device 340 may further comprise a pressure-containing housing 125 configured to operate at elevated pressure, thereby accommodating the centrifuge device and the drainage tank. The pressure housing 125 may be an extension of the containment member 338 that also surrounds the combustor apparatus 220 or the pressurization housing 125 may be an extension of the containment member 338 that is associated with the combustor apparatus 220. [ And may be a separator member capable of fastening the containing member 338. [ In either example, due to the elevated temperature experienced by the separator device 340 via the outlet fluid flow, the pressure housing 125 also includes a heat transfer jacket (not shown) having liquid circulating therein A heat-dispersion system (not shown) operatively coupled thereto for removal of heat therefrom. In some aspects, a heat recovery device (not shown) may be operably coupled to the heat transfer jacket, wherein the heat recovery device is configured to receive liquid circulating in the heat transfer jacket and recover heat energy from the liquid .

보다 상세하게는, 도 4에 도시한 상기 (슬래그 제거)분리기 장치(340)는 이로부터 상기 출구 유체 흐름/연소 생성물들을 수용하기 위하여 그 유출구 부분(222B)에 대해 상기 연소기 장치(220)와 함께 연속적으로 배치되도록 구성된다. 그 내에 상기 액상의 슬래그(불연성 성분들) 방울들을 갖는 상기 연소기 장치(220)로부터의 상기 분출 냉각 출구 유체 흐름은 원뿔형 감소기(10)를 경유해 상기 유입구 원심 분리기 장치(100A)의 중앙 수집기 설비(2A)로 들어가도록 안내된다. 일 측면에 있어서, 상기 분리기 장치(340)는 3개의 원심 분리기 장치들(100A, 100B, 100C)(비록 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 필요에 따라 또는 원하는 경우에 이러한 분리기 장치가 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 원심 분리기 장치를 포함할 수 있는 점을 이해할 수 있을 것이지만)을 포함할 수 있다. 이러한 예에 있어서, 상기 3개의 원심 분리기 장치들(100A, 100B, 100C)은 3단계 원심 분리(cyclonic separation) 유닛을 제공하도록 동작 가능하게 연속적으로 정렬될 수 있다. 각각의 원심 분리기 장치는, 예를 들면, 대응되는 중앙 수집기 파이프(2)의 둘레에 대해 정렬되는 복수의 원심 분리기 요소들(사이클론들(1))을 포함한다. 상기 중앙 수집 설비들(2A)과 상기 유입구 원심 분리기 장치(100A)의 중앙 분리기 파이프들(2), 그리고 안쪽의 원심 분리기 장치(100C)는 각기 그 유출구 단부에서 밀폐된다. 이러한 예들에 있어서, 상기 출구 유체 흐름은 각 원심 분리기 장치(100)의 원심 분리기 요소들(사이클론들(1))의 각각에 대응되는 분기 채널들(11) 내로 안내된다. 상기 분기 채널들(11)은 이를 위한 접선 방향의 유입구(예를 들면, 상기 사이클론(1)으로 들어가는 상기 출구 유체 흐름이 나사형 흐름 내의 상기 사이클론(1)의 벽들과 상호 작용하는 것을 야기하는)를 형성하도록 각 사이클론(1)의 유입구 단부를 체결하도록 구성된다. 각 사이클론(1)으로부터의 유출구 채널(3)은 이후에 해당 원심 분리기 장치(100)의 상기 중앙 수집기 파이프(2)의 유입구 부분 내로 전송된다. 상기 유출구 원심 분리기 장치(100B)에서, 상기 출구 유체 흐름(이로부터 실질적으로 분리된 상기 불연성 성분들을 갖는)은 수집기 파이프(12)와 유출구 노즐(5)을 통해 상기 유출구 원심 분리기 장치(100B)의 상기 중앙 수집기 파이프로부터 안내되어, "청정한(clean)" 출구 유체 흐름이 이후에 상기 변환 장치와 관련된 경우와 같이 후속하는 공정에 안내될 수 있다. 상기 예시적인 3 단계의 원심 분리 장치는 이에 따라 슬래그를, 예를 들면, 상기 출구 유체 흐름 내의 질량으로 5ppm 이하로 감소되게 제거할 수 있다.More specifically, the (slag removal) separator device 340 shown in FIG. 4 is coupled to the combustor device 220 with respect to its outlet portion 222B to receive the outlet fluid flow / combustion products therefrom Are arranged to be continuously arranged. Wherein the ejection cooling outlet fluid flow from the combustor device 220 having droplets of the liquid slag therein (incombustible components) is passed through a conical reducer 10 to a central collector facility of the inlet centrifuge device 100A (2A). In one aspect, the separator device 340 includes three centrifugal devices 100A, 100B, and 100C (although those skilled in the art will appreciate that if the separator device is one , And may include two, three, or more centrifuge devices). In this example, the three centrifuge devices 100A, 100B, and 100C may be operably and continuously aligned to provide a three-phase cyclonic separation unit. Each centrifuge device includes, for example, a plurality of centrifuge elements (cyclones 1) arranged about the perimeter of the corresponding central collector pipe 2. The central collecting installations 2A, the central separator pipes 2 of the inlet centrifuge device 100A and the inner centrifuge device 100C are each sealed at their outlet ends. In these examples, the outlet fluid flow is directed into the branch channels 11 corresponding to each of the centrifuge elements (cyclones 1) of each centrifuge device 100. The branch channels 11 are arranged in a tangential inlet for this purpose (for example, the exit fluid flow entering the cyclone 1 causes it to interact with the walls of the cyclone 1 in a threaded flow) To tighten the inlet end of each cyclone (1). The outlet channel 3 from each cyclone 1 is then transferred into the inlet portion of the central collector pipe 2 of the corresponding centrifuge device 100. In the outlet centrifuge device 100B, the outlet fluid flow (with the non-combustible components substantially separated therefrom) flows through the collector pipe 12 and the outlet nozzle 5 into the outlet centrifuge device 100B Is guided from the central collector pipe, and a " clean " outlet fluid stream may be guided to a subsequent process, such as when it is associated with the conversion device. The exemplary three stage centrifugation apparatus can thereby reduce the slag to, for example, less than 5 ppm by mass in the outlet fluid stream.

상기 분리기 장치(340)의 각 단계에서, 상기 분리된 액상의 슬래그는 배수조(20)를 향해 연장되는 유출구 튜브들(4)을 경유해 상기 사이클론들(1)의 각각으로부터 안내된다. 상기 분리된 액상의 슬래그는 이후에 이로부터 성분들의 제거 및/또는 회수를 위하여 유출구 노즐(14) 또는 상기 배수조(20)와 상기 가압 하우징(125)으로부터 연장되는 파이프(14) 내로 안내된다. 상기 슬래그의 제거를 달성함에 있어서, 상기 액상 슬래그는 수냉(water-cooled) 구획(6) 또는 그렇지 않으면 높은 압력, 차가운 물 연결부를 갖는 구획을 통해 안내될 수 있으며, 물과의 상호 작용은 상기 액상 슬래그의 고체화 및/또는 입상화를 가져온다. 상기 고체화된 슬래그와 물의 혼합물은 이후에 용기(수집 설비)(7) 내에서 적절한 파이프(9)를 통해 제거될 수 있는 슬래그/물 유체 혼합물로 분리될 수 있는 반면, 임의의 잔류 가스는 분리 라인(8)을 통해 제거될 수 있다.In each step of the separator device 340 the separated liquid slag is guided from each of the cyclones 1 via outlet tubes 4 extending towards the drainage tank 20. The separated liquid slag is then guided into the pipe 14 extending from the outlet nozzle 14 or the drainage tank 20 and the pressure housing 125 for removal and / or recovery of the components therefrom. In achieving the removal of the slag, the liquid slag may be guided through a compartment having a water-cooled compartment 6 or otherwise a high pressure, cold water connection, Resulting in solidification and / or granulation of the slag. The mixture of solidified slag and water can then be separated into a slag / water fluid mixture which can be subsequently removed via a suitable pipe 9 in a vessel (collection facility) 7, (8). ≪ / RTI >

상기 분리기 장치(340)가 상대적으로 낮은 온도의 출구 유체 흐름과 함께(즉, 상기 불연성 성분들을 상대적으로 낮은 점도를 갖는 액체 형태로 유지하기에 충분한 온도에서) 구현되기 때문에, 일부 예들에 있어서, 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름 및 이와 관련된 상기 액화된 불연성 성분들의 하나에 노출되는 상기 분리기 장치(340)의 표면들이 높은 온도 저항성, 높은 부식 저항성 및 낮은 열전도도의 적어도 하나를 갖도록 구성되는 물질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 물질들의 예들은, 비록 이러한 예들이 어떠한 방식으로도 제한하려는 의도는 아니지만, 지르코늄 산화물 및 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다. 이와 같이, 특정 측면들에 있어서, 상기 분리기 장치(340)는 상기 연소 생성물들/출구 유체 흐름으로부터 상기 액화된 불연성 성분들을 실질적으로 제거하고, 상기 불연성 성분들을 적어도 배수조(20)로부터 이로부터 제거될 때까지 낮은 점도의 액체 형태로 유지하도록 구성된다.As the separator device 340 is implemented with a relatively low temperature outlet fluid flow (i.e., at a temperature sufficient to maintain the non-combustible components in a liquid form having a relatively low viscosity), in some instances, Wherein the surfaces of the separator device (340) exposed to one of the combustion products / outlet fluid flow and the liquefied non-combustible components associated therewith are configured to have at least one of high temperature resistance, high corrosion resistance and low thermal conductivity May be preferred. Examples of such materials may include zirconium oxide and aluminum oxide, although these examples are not intended to limit in any way. Thus, in certain aspects, the separator device 340 substantially removes the liquefied nonflammable components from the combustion products / outlet fluid stream and removes the nonflammable components from at least the drainage vessel 20 To maintain a low viscosity liquid form.

여기서 설명하는 바와 같이, 고상의 탄소질 연료의 경우들에서 상기 슬래그 분리는, 일부 예들에 있어서, 유지와 검사를 위하여 상기 시스템으로부터 빠르게 추출될 수 있는 단일 유닛(분리기 장치(340))에서 구현될 수 있다. 그러나, 이러한 측면은 도 6에 도시한 바와 같이 다른 이점들을 제공할 수 있으며, 이에 따라 상기 시스템은 특정한 연료 공급원의 효용성에 관하여 동작에서 "혼합 연료(flex fuel)" 접근을 구현하도록 쉽게 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 단일 유닛 분리기 장치(340)는, 상기 연소기 장치(220)가 상기 연료 공급원으로 고체 탄소질 연료를 사용하는 때에 상기 연소기 장치(220)와 상기 변환 장치(터빈)(500) 사이에서 상기 시스템 내에 설치될 수 있다. 액체 또는 기체 탄소질 연료 공급원으로 바람직하게 변화될 수 있을 경우, 상기 분리기 유닛(340)은 상기 시스템으로부터 제거될 수 있으므로(즉, 앞서 논의한 바와 같이 필수적이 아닐 수 있으므로) 상기 연소기 장치(220)로부터의 상기 출구 유체 흐름이 상기 변환 장치(500)로 직접 안내될 수 있다. 상기 연료의 유용성이 후에 고체 탄소질 연료 공급원에 따르는 바와 같이 상기 시스템도 이에 따라 쉽게 상기 분리기 장치(340)를 설치하도록 이전으로 변화될 수 있다. As described herein, the slag separation in the case of solid carbonaceous fuels is, in some instances, implemented in a single unit (separator unit 340) that can be quickly extracted from the system for maintenance and inspection . However, this aspect may provide other advantages as shown in FIG. 6, and thus the system may be easily configured to implement a " flex fuel " approach in operation with respect to the utility of a particular fuel source have. For example, the single unit separator device 340 may be configured to provide a single unit separator device 340, such that when the combustor device 220 uses solid carbonaceous fuel as the fuel source, In the system. The separator unit 340 can be removed from the system (i. E., As it may not be necessary as discussed above), if it can be preferably changed to a liquid or gaseous carbonaceous fuel source Can be guided directly to the transducer (500). The availability of the fuel may later be changed to facilitate the installation of the separator apparatus 340, as is followed by the solid carbonaceous fuel source.

상술한 설명들과 관련 도면들을 통해 제시된 본 발명의 이점들과 개시 사항들을 포함하는 여기서 설정된 본 발명의 많은 변형들과 다른 측면들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이해될 수 있을 것이다. 예를 들면, 일부 측면들에 있어서, 상기 내측 분출 부재(332) 내로 및 이를 통하고 상기 연소실(222) 내로의 상기 분출 유체 물질/유체(210)의 전체 흐름의 일부만이 상기 연소실(222) 내에서 상기 분출 유체의 나선형 흐름을 제공하는 데 필수적일 수 있다. 일예에 있어서, 예를 들면, 상기 연소실(222)로 들어가는 분출 유체(210)의 전체 질량 흐름의 약 90%까지가, 상기 연소실(222)을 한정하는 상기 내측 분출 부재(332)의 벽들에 고체 혹은 액체 입자들 또는 오염물들이 영향을 미치는 것을 방지하도록 상기 연소실(222) 내로 상기 분출 유체(210)의 충분한 방사상의 흐름을 유지하면서 상기 나선형 흐름을 제공하거나 유도하도록 구현될 수 있다.Many variations and other aspects of the invention as set forth herein, including the advantages and the disclosures of the present invention as presented in the foregoing description and associated drawings, may be understood by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. There will be. For example, in some aspects, only a portion of the total flow of the ejected fluid material / fluid 210 into and through the inner ejector member 332 into the combustion chamber 222 is within the combustion chamber 222 Lt; RTI ID = 0.0 > spiral < / RTI > For example, up to about 90% of the total mass flow of the ejection fluid 210 entering the combustion chamber 222 can be achieved by applying a solid Or to provide or guide the spiral flow while maintaining sufficient radial flow of the ejecting fluid 210 into the combustion chamber 222 to prevent liquid particles or contaminants from affecting the fluid.

또한, 일부 측면들에 있어서, 상기 장치(220)는, 예를 들면, 상기 고체상의 연료(즉, 석탄) 슬러리를 사용하는 부분 산화 장치로서 구성되고 정렬될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 상기 부분 산화 연소기 장치(220)는, 예를 들면, 약 1,600℃까지, 또는 다른 예들에 있어서, 약 1,400℃ 내지 약 1,500℃ 사이의 범위의 동작 온도를 가지도록 구성될 수 있으며, 상기 연료 내의 연소된 탄소는 약 2% 이하, 바람직하게는 약 1% 이하가 되어야 한다. 이들 예들에 있어서, 상기 상대적으로 낮은 동작 온도는 상대적으로 높은 탄소 전환율과 사용 가능한 열을 용이하게 하면서 이의 연소를 최소화하여 H2 및 CO의 생성을 용이하게 한다.Also, in some aspects, the device 220 can be configured and aligned as, for example, a partial oxidation apparatus using the solid fuel (i.e., coal) slurry. In these examples, the partial oxidation combustor device 220 may be configured to have an operating temperature in the range of, for example, up to about 1,600 ° C, or in other instances, between about 1,400 ° C and about 1,500 ° C , The burned carbon in the fuel should be about 2% or less, preferably about 1% or less. In these examples, the relatively low operating temperature facilitates the production of H 2 and CO by minimizing their combustion while facilitating relatively high carbon conversion and available heat.

다른 측면들에 있어서, 상기 연소기 장치(220)는 약 5,000℃ 또는 그 이상의 상대적으로 높은 출구 온도에서 동작하도록 구성될 수 있으며, 이는, 예를 들면, 단열 불꽃 온도 또는 생성물 가스를 용이하게 해리하기에 충분한 다른 온도와 관련될 수 있다. 예를 들면, CO2는 약 1,600℃ 이상에서 상당히 해리된다.In other aspects, the combustor device 220 may be configured to operate at a relatively high outlet temperature of about 5,000 DEG C or higher, which may, for example, facilitate dissociation of the adiabatic flame temperature or product gas Can be related to a sufficiently different temperature. For example, CO 2 is significantly dissociated at temperatures above about 1,600 ° C.

또 다른 측면들에 있어서, 상기 버너 장치(300)는 상기 탄소질 연료와 이로부터 상향으로 확산하는 CO2 성분의 예비 혼합이 없도록 구성되고 정렬될 수 있다. 또한, O2도 버너 팁(tip)에서, 예를 들면, 노즐들의 분리된 세트 또는 상기 주입 노즐(들)을 둘러싸는 동심성 환형의 링으로 도입될 수 있다. 이러한 예들에 있어서, 확산 불꽃이 높은 H2 함량을 갖는 탄소질 연료들을 위해 구현될 수 있다. 상기 버너 장치(300)에서 매우 높은 온도를 달성하기 위하여, 상기 연료, 산소 및/또는 임의의 희석제들의 예열도 요구될 수 있다.In yet other aspects, the burner apparatus 300 may be constructed and arranged such that there is no premixing of the carbonaceous fuel and the CO 2 component diffusing upwardly therefrom. O 2 may also be introduced into the burner tip, for example, into a separate set of nozzles or concentric annular rings surrounding the injection nozzle (s). In these examples, the diffusion flame can be realized for carbonaceous fuels having a high H 2 content. Preheating of the fuel, oxygen and / or any diluents may also be required to achieve a very high temperature in the burner apparatus 300.

이에 따라, 본 발명이 개시된 특정 측면들에 의해 제한되지 않으며, 이에 대한 변형들과 다른 측면들도 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 포함되도록 의도된다. 비록 특정 용어들이 여기서 사용되었지만, 이들 용어들은 일반적이고 서술적인 의미로만 사용된 것이며 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다.Accordingly, it is not intended that the invention be limited to the specific aspects disclosed, and modifications and other aspects are intended to be included within the scope of the appended claims. Although specific terms are employed herein, they are used in a generic and descriptive sense only and not for purposes of limitation.

Claims (23)

대향하는 유출구 부분으로부터 길이 방향으로 이격되는 유입구 부분을 갖는 연소실을 한정하는 연소기 장치를 포함하며, 상기 유입구 부분은 연소 생성물을 형성하도록 연소 온도에서 상기 연소실 내에서의 연소를 위해 연료 혼합물을 형성하기 위한 탄소질 연료, 산소 및 동작 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 연소실은 상기 유출구 부분을 향해 상기 연소 생성물을 길이 방향으로 안내하도록 구성되며, 상기 연소기 장치는,
격납 부재를 구비하고;
상기 연소실을 적어도 부분적으로 한정하고, 상기 격납 부재에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 다공성 주위 분출 부재를 구비하며, 상기 다공성 주위 분출 부재는 그 둘레에 대해 상기 연소실을 향해 내부로 그를 통해 분출 물질을 실질적으로 균일하게 안내하도록 구성되어, 상기 연소 생성물과 상기 주위 다공성 분출 부재 사이의 상호 작용을 완충시키도록 상기 분출 물질이 그 둘레에 대해 실질적으로 접선 방향으로 안내되고, 그 둘레에 대해 나선형으로 및 상기 유입구 부분과 상기 유출구 부분 사이에서 길이 방향으로 흐르며;
상기 탄소질 연료, 산소 및 동작 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 연료 혼합물을 상기 분출 물질의 나선형 흐름에 대향하거나 일치하는 나선형 흐름 방향으로 상기 유출구 부분을 향해 상기 연소실 내로 안내하는 버너 장치를 구비하고,
상기 동작 유체 및 상기 분출 물질은 초임계의 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
A combustor arrangement for defining a combustion chamber having an inlet portion that is longitudinally spaced from an opposing outlet portion, the inlet portion comprising a plurality of inlet ports for forming a fuel mixture for combustion in the combustion chamber at a combustion temperature to form a combustion product Wherein the combustion chamber is configured to receive a carbonaceous fuel, oxygen, and a working fluid, the combustion chamber configured to longitudinally direct the combustion product toward the outlet portion,
And a housing member;
A porous perimeter firing member that at least partially defines said combustion chamber and is at least partially surrounded by said containment member, said porous peripheric firing member having a perimeter extending substantially toward said combustion chamber about its perimeter, Wherein the blown material is guided substantially tangentially about its circumference to cushion the interaction between the combustion product and the surrounding porous blowing member and is helically guided about its periphery in a helical manner, Flowing in a longitudinal direction between said outlet portion and said outlet portion;
And a burner device configured to receive the carbonaceous fuel, oxygen and a working fluid and direct the fuel mixture into the combustion chamber toward the outlet portion in a helical flow direction opposite or coinciding with the spiral flow of the sparging material,
Wherein the working fluid and the ejected material comprise supercritical carbon dioxide.
제 1 항에 있어서, 상기 유입구 부분은 고체상의 탄소질 연료, 액체상의 탄소질 연료 및 기체상의 탄소질 연료의 하나와 함께 약 85% 보다 큰 몰 순도를 갖는 산소 및 상기 동작 유체를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the inlet portion comprises oxygen having a purity greater than about 85% with one of a solid carbonaceous fuel, a liquid carbonaceous fuel, and a gaseous carbonaceous fuel, Lt; / RTI > 제 1 항에 있어서, 상기 탄소질 연료는 약 50 미크론 내지 약 200 미크론 사이의 평균 입자 크기를 갖는 미립자의 고체이고, 상기 유입구 부분은 상기 미립자의 고체상의 탄소질 연료와 함께 유동화 물질을 수용하도록 구성되며, 상기 유동화 물질은 물 및 약 450㎏/m3 내지 약 1,100㎏/m3의 밀도를 갖는 액체상의 CO2 중에서 하나를 포함하고, 약 25 중량% 내지 약 95 중량%의 상기 미립자의 고체상의 탄소질 연료를 포함하는 슬러리를 형성하도록 상기 유동화 물질이 상기 미립자의 고체상의 탄소질 연료와 협력하는 것을 특징으로 하는 장치.2. The method of claim 1 wherein the carbonaceous fuel is a particulate solid having an average particle size of between about 50 microns and about 200 microns and the inlet portion is configured to receive the fluidizing material with the particulate carbonaceous fuel and, the fluidized material in the water and from about 450㎏ / m 3 to about 1,100㎏ / m 3 of the liquid phase has a density of including one of CO 2, and the fine particles of about 25% to about 95% by weight of solid Characterized in that the fluidizing material cooperates with the particulate solid carbonaceous fuel to form a slurry comprising the carbonaceous fuel. 제 1 항에 있어서, 상기 연소실은 약 40bar 내지 약 500bar의 압력에서 상기 유입구 부분에 대해 상기 탄소질 연료, 산소 및 동작 유체를 수용하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the combustion chamber is further configured to receive the carbonaceous fuel, oxygen, and operating fluid relative to the inlet portion at a pressure of about 40 bar to about 500 bar. 제 4 항에 있어서, 상기 연소실은 적어도 약 80bar의 압력에서 상기 유입구 부분에 대해 상기 탄소질 연료, 산소 및 동작 유체를 수용하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the combustion chamber is further configured to receive the carbonaceous fuel, oxygen, and operating fluid relative to the inlet portion at a pressure of at least about 80 bar. 제 1 항에 있어서, 상기 연소 온도는 약 1,300℃ 내지 약 5,000℃ 사이이며, 상기 탄소질 연료 내의 불연성 오염물들이 상기 연소실 생성물 내에서 액화되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the combustion temperature is between about 1,300 < 0 > C and about 5,000 < 0 > C and the combustible contaminants in the carbonaceous fuel are liquefied in the combustion chamber product. 제 1 항에 있어서, 상기 분출 물질은 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 온도에서 상기 연소실의 상기 유출구 부분에 대한 상기 분출 물질 및 상기 연소 생성물의 출구 혼합물을 조절하기 위하여 상기 다공성 주위 분출 부재를 통해 상기 연소실 내로 도입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.The method of claim 1, wherein the gaseous material is passed through the porous peripheric jetting member to regulate the gaseous mixture and the outlet mixture of the gaseous effluent to the outlet portion of the combustion chamber at a temperature between about 400 < 0 & And is configured to be introduced into the combustion chamber. 제 7 항에 있어서, 상기 분출 물질은 상기 분출 물질이 상기 연소실 내에서 상기 다공성 주위 분출 부재에 바로 인접하는 버퍼층을 형성하도록 상기 다공성 주위 분출 부재를 통해 안내되며, 상기 버퍼층은 상기 다공성 주위 분출 부재와 액화된 불연성 오염물들 사이의 상호 작용과 상기 연소 생성물과 관련된 열을 완충하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.8. The apparatus of claim 7, wherein the gaseous substance is guided through the porous surrounding jetting member such that the gaseous substance forms a buffer layer immediately adjacent to the porous surrounding jetting member in the combustion chamber, And to buffer the interaction between liquefied nonflammable contaminants and the heat associated with the combustion products. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 주위 분출 부재는 상기 분출 물질이 상기 다공성 주위 분출 부재의 둘레에 실질적으로 접선 방향으로 흐르도록 안내하기 위해 그를 통해 상기 연소실 내로 안내되는 상기 분출 물질에 대해 코안다 효과(Coanda effect)를 부여하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the porous peripheric spraying member is configured to apply a coanda effect (" spraying ") to the sprayed material guided through the combustion chamber to guide the sprayed material to flow substantially tangentially around the porous peripheric spraying member Coanda effect. ≪ / RTI > 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 주위 분출 부재는 그를 통해 연장되는 적어도 하나의 분출 포트를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 분출 포트는 상기 연료 혼합물과 상기 연소 생성물의 하나 내로 상기 분출 물질의 보충적인 선형의 흐름을 그 흐름 특성에 영향을 미치기 위해 안내하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the porous peripheric jetting member further comprises at least one jetting port extending therethrough, wherein the at least one jetting port is operatively associated with the fuel mixture and the supplementary linear Is configured to guide the flow of the fluid to affect its flow characteristics. 제 1 항에 있어서, 상기 격납 부재와 관련되고 그 온도를 조절하도록 구성되는 열 제거 장치를 더 포함하며, 상기 열 제거 장치는 내부를 순환하는 액체를 갖는 열전달 재킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1, further comprising a heat removal device associated with and adapted to regulate the temperature of the containment member, the heat removal device comprising a heat transfer jacket having a liquid circulating therein. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 주위 분출 부재는 구멍들을 한정하도록 더 구성되며, 상기 다공성 주위 분출 부재는 상기 구멍들을 한정하는 상기 다공성 주위 분출 부재의 표면 면적과 실질적으로 동일한 누적 구멍 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.The porous peripheric spraying member according to claim 1, characterized in that the porous peripheric spraying member is further configured to define pores, the porous peripheric spraying member having a cumulative pore area that is substantially the same as the surface area of the porous peripheric spraying member . 제 12 항에 있어서, 상기 구멍들은 이격되고, 상기 다공성 주위 분출 부재에 대해 그 유입구 및 유출구 부분들 사이에서 실질적으로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 장치.13. The apparatus of claim 12, wherein the apertures are spaced apart and are substantially uniformly distributed between the inlet and outlet portions relative to the porous surrounding jetting member. 제 1 항에 있어서, 상기 연소실의 상기 유출구 부분으로부터 상기 연소 생성물을 수용하도록 구성되는 변환 장치를 더 포함하며, 상기 변환 장치는 상기 연소 생성물에 반응하여 그와 관련된 에너지를 운동 에너지로 변환하는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, further comprising a conversion device configured to receive the combustion product from the outlet portion of the combustion chamber, the conversion device being responsive to the combustion product for converting energy associated therewith into kinetic energy . 제 13 항에 있어서, 상기 탄소질 연료는 고체이고, 상기 장치는 상기 연소기 장치와 상기 변환 장치 사이에 배치되는 분리기 장치를 더 포함하며, 상기 분리기 장치는 상기 연소 생성물이 상기 변환 장치로 안내되기 이전에 수용된 상기 연소 생성물로부터 액화된 불연성 오염물들을 실질적으로 제거하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.14. The apparatus of claim 13, wherein the carbonaceous fuel is solid and the apparatus further comprises a separator device disposed between the combustor device and the conversion device, wherein the separator device is operable prior to the combustion product being directed to the conversion device Is substantially configured to remove liquefied non-combustible contaminants from the combustion products contained in the combustion product. 제 15 항에 있어서, 상기 분출 물질은 상기 불연성 오염물들의 액화 온도 이상에서 상기 분리기 장치로 들어가는 상기 분출 물질과 상기 연소 생성물의 혼합물을 조절하기 위하여 상기 다공성 주위 분출 부재를 통해 상기 연소실 내로 도입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.16. The apparatus of claim 15, wherein the gaseous substance is configured to be introduced into the combustion chamber through the porous perimeter firing member to regulate a mixture of the gaseous product and the gaseous product entering the separator unit at a temperature above the liquefaction temperature of the non- Lt; / RTI > 제 16 항에 있어서, 약 400℃ 내지 약 3,500℃ 사이의 온도에서 상기 변환 장치로 들어가는 상기 분출 물질과 상기 연소 생성물의 혼합물을 조절하기 위하여, 상기 분리기 장치에 후속하여 배치되고, 그로부터 실질적으로 제거되는 상기 액화된 불연성 오염물들을 포함하는 상기 연소 생성물에 상기 분출 물질을 전달하도록 구성되는 분출 물질 전달 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.17. The method of claim 16, further comprising the step of: subsequently placing in the separator device and substantially removing it from the separator device to regulate a mixture of the combustion product and the gushing material entering the conversion device at a temperature between about 400 & Further comprising an ejected material delivery device configured to deliver the ejected material to the combustion product comprising the liquefied non-combustible contaminants. 제 15 항에 있어서, 상기 분리기 장치는 복수의 연속하여 정렬된 원심 분리기 장치들을 더 포함하고, 각 원심 분리기 장치는 나란하게 동작 가능하게 정렬된 복수의 원심 분리기 요소들을 가지며, 상기 분리기 장치에 의해 상기 연소 생성물로부터 제거된 상기 액화된 불연성 오염물들은 상기 분리기 장치와 관련된 배수조 내에 제거 가능하게 수집되는 것을 특징으로 하는 장치.16. The apparatus of claim 15, wherein the separator device further comprises a plurality of successively arranged centrifuge devices, each centrifuge device having a plurality of centrifugal elements operatively aligned in parallel, Wherein the liquefied non-combustible contaminants removed from the combustion products are removably collected in a drain tank associated with the separator apparatus. 제 14 항에 있어서, 상기 변환 장치는 상기 그와 관련된 에너지를 운동 에너지로 변환하기 위해 상기 연소 생성물에 반응하도록 구성되는 터빈 및 상기 운동 에너지를 전기로 변환하도록 구성되는 발전기 장치 중에서 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.15. The method of claim 14, wherein the converting device comprises one of a turbine configured to react with the combustion product to convert energy associated therewith into kinetic energy, and a generator device configured to convert the kinetic energy into electricity Characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 분출 물질도 상기 동작 유체로서 상기 연소실에 의해 수용되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the ejected material is also received by the combustion chamber as the working fluid. 제 1 항에 있어서, 상기 동작 유체로서 상기 연소실의 상기 유입구 부분에 또는 상기 분출 물질로서 상기 다공성 주위 분출 부재에 상기 분출 물질을 제공하도록 구성되는 적어도 하나의 분출 물질 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1 further comprising at least one fountain material source configured to provide the fountain material at the inlet portion of the combustion chamber as the operating fluid or as the fountain material to the porous peripheral fountain member Device. 제 1 항에 있어서, 상기 연소실은 상기 유입구 부분을 향해 배치되는 연소 구획 및 상기 유출구 부분을 향해 배치되는 후-연소 구획을 포함하며, 상기 다공성 주위 분출 부재는 상기 연소실 내의 상기 연료 혼합물의 유도된 소용돌이에 대해 상기 후-연소 구획 내의 상기 연소 생성물의 유도된 소용돌이를 반전시키기 위하여, 상기 후-연소 구획 상부의 상기 분출 물질의 나선형 흐름이 상기 연소 구획 상부의 상기 분출 물질의 나선형 흐름에 대향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The fuel cell of claim 1, wherein the combustion chamber includes a combustion zone disposed toward the inlet port portion and a post-combustion zone disposed toward the outlet port portion, wherein the porous surrounding jetting member comprises an induced vortex of the fuel mixture in the combustion chamber Wherein the spiral flow of the sparge material above the post-combustion section is configured to oppose the spiral flow of the sparger material above the combustion zone to invert the induced vortex of the combustion product in the post-combustion section Lt; / RTI > 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 주위 분출 부재는 상기 유입구 부분과 상기 유출구 부분 사이에서 상기 연료 혼합물 및 상기 연소 생성물의 하나의 유도된 소용돌이를 교호적으로 반전시키기 위하여 상기 분출 물질의 나선형 흐름이 적어도 그 구획을 따라 교호적으로 반전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The method of claim 1, wherein the porous peripheric sparging member comprises a spiral flow of the sparging material to alternately invert one of the fuel mixture and one induced vortex of the combustion product between the inlet portion and the outlet portion. And is configured to be alternately inverted along the section.
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